KR20130042559A - Magnetic field sensor with improved differentiation between a sensed magnetic field signal and a noise signal - Google Patents

Magnetic field sensor with improved differentiation between a sensed magnetic field signal and a noise signal Download PDF

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KR20130042559A
KR20130042559A KR1020137002131A KR20137002131A KR20130042559A KR 20130042559 A KR20130042559 A KR 20130042559A KR 1020137002131 A KR1020137002131 A KR 1020137002131A KR 20137002131 A KR20137002131 A KR 20137002131A KR 20130042559 A KR20130042559 A KR 20130042559A
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Abstract

자기장 센서는 자기장에 응답하여 자기장 신호 컴포넌트 및 오프셋 신호 컴포넌트를 포함하는 홀 요소 출력 신호를 생성하는 홀 요소를 포함한다. 또한, 자기장 센서는 홀 요소 출력 신호를 수신하여 변조 회로 출력 신호를 생성하는 홀 요소 변조 회로를 포함한다. 이 때, 홀 요소 변조 회로는 최소 주파수와 최대 주파수 사이에서 변화하는 변동 변조 주파수를 갖는 변조 신호로 변조된다.The magnetic field sensor includes a Hall element that generates a Hall element output signal comprising a magnetic field signal component and an offset signal component in response to the magnetic field. The magnetic field sensor also includes a Hall element modulation circuit that receives the Hall element output signal and generates a modulator circuit output signal. At this time, the Hall element modulation circuit is modulated with a modulation signal having a variable modulation frequency that varies between the minimum and maximum frequencies.

Description

검출된 자기장 신호와 노이즈 신호 사이의 개선된 구별을 갖는 자기장 센서 {MAGNETIC FIELD SENSOR WITH IMPROVED DIFFERENTIATION BETWEEN A SENSED MAGNETIC FIELD SIGNAL AND A NOISE SIGNAL}MAGNETIC FIELD SENSOR WITH IMPROVED DIFFERENTIATION BETWEEN A SENSED MAGNETIC FIELD SIGNAL AND A NOISE SIGNAL}

본 발명은 자기장 센서 장치들에 관한 것이다. 보다 상세하게는, 노이즈의 영향을 감소시키는 자기장 센서에 관한 것이다.The present invention relates to magnetic field sensor devices. More particularly, it relates to magnetic field sensors that reduce the effects of noise.

자기장들을 검출하기 위한 자기장 센서는 알려져 있다. 자기장 센서에 있어서, 자기장은 홀 요소(Hall element) 또는 자기저항 요소(magnetoresistance element)와 같은 자기장 검출 요소에 의해 검출된다. 이러한 자기장 검출 요소는 검출된 자기장에 비례하는 신호(즉, 자기장 신호)를 제공한다. 몇몇 방식들에서, 자기장 신호는 전기적인 신호일 수 있다.Magnetic field sensors for detecting magnetic fields are known. In a magnetic field sensor, the magnetic field is detected by a magnetic field detection element, such as a Hall element or a magnetoresistance element. This magnetic field detection element provides a signal proportional to the detected magnetic field (ie magnetic field signal). In some ways, the magnetic field signal can be an electrical signal.

자기장 센서는 다양한 응용 장치(application)들에서 사용된다. 이러한 자기장 센서는 자기장의 자기장 밀도를 검출하는 선형 자기장 센서, 전류 운반 전도체(current carrying conductor)에 흐르는 전류에 의해 생성되는 자기장을 검출하는 전류 센서, 강자성(ferromagnetic) 물체의 접근을 검출하는 자기 스위치, 및 강자성 물체들이 지나가는 것을 검출하는 회전 검출기를 포함할 수 있으나 그에 한정되는 것은 아니다.Magnetic field sensors are used in a variety of applications. Such magnetic field sensors include linear magnetic field sensors for detecting magnetic field density of magnetic fields, current sensors for detecting magnetic fields generated by currents flowing in current carrying conductors, magnetic switches for detecting proximity of ferromagnetic objects, And a rotation detector that detects the passing of the ferromagnetic objects, but is not limited thereto.

선형 자기장 센서에서, 출력 신호는 검출된 자기장에 정비례로 변화한다. 자기 스위치에서, 출력 신호는 검출된 자기장에 응답하여 상태(state)를 변경한다.In a linear magnetic field sensor, the output signal varies directly with the detected magnetic field. In a magnetic switch, the output signal changes state in response to the detected magnetic field.

자기장 센서들은 자기장 센서들의 정확도를 저하시키는 경향이 있는 노이즈에 영향을 받기 쉽다. 노이즈는 다양한 노이즈 소스(noise source)들로부터 야기될 수 있다. 이러한 노이즈는 외부 자기 잡음(external magnetic noise field)들의 소스들과 외부 전기 잡음(external electric noise field)들의 소스들을 포함할 수 있으나 그에 한정되는 것은 아니다.Magnetic field sensors are susceptible to noise that tends to degrade the accuracy of magnetic field sensors. Noise can result from various noise sources. Such noise may include, but is not limited to, sources of external magnetic noise fields and sources of external electric noise fields.

노이즈를 원하는 자기장 신호로부터 구별(구분)할 수 있는 자기장 센서를 구현하는 것은 바람직할 것이다.It would be desirable to implement a magnetic field sensor that can distinguish noise from the desired magnetic field signal.

본 발명의 일 목적은 노이즈를 원하는 자기장 신호로부터 구별(구분)할 수 있는 자기장 센서를 제공하는 것이다. One object of the present invention is to provide a magnetic field sensor capable of distinguishing (dividing) noise from a desired magnetic field signal.

본 발명은 시간에 따라 주파수가 변하는 변조 클럭 신호들을 가진 자기장 센서를 제공한다. 이러한 자기장 센서는 자기장 신호로부터 노이즈 신호를 보다 정확하게 구별하는 능력을 제공하는 자기장 센서 출력 신호를 만든다. The present invention provides a magnetic field sensor having modulated clock signals whose frequency changes over time. These magnetic field sensors produce a magnetic field sensor output signal that provides the ability to more accurately distinguish noise signals from magnetic field signals.

본 발명의 실시예들에 따른 자기장 센서는 자기장에 응답하여 자기장 신호 컴포넌트 및 오프셋 신호 컴포넌트를 포함하는 홀 요소 출력 신호를 생성하는 홀 요소(Hall element)를 포함할 수 있다. 또한, 상기 자기장 센서는 상기 홀 요소 출력 신호를 수신하여 변조 회로 출력 신호를 생성하는 홀 요소 변조 회로를 포함할 수 있다. 이 때, 상기 홀 요소 변조 회로는 최소 주파수와 최대 주파수 사이에서 변화하는 변동 변조 주파수를 갖는 변조 신호로 상기 자기장 신호 컴포넌트 또는 상기 오프셋 신호 컴포넌트를 변조할 수 있다.The magnetic field sensor according to embodiments of the present invention may include a Hall element that generates a Hall element output signal including a magnetic field signal component and an offset signal component in response to the magnetic field. In addition, the magnetic field sensor may include a Hall element modulation circuit for receiving the Hall element output signal to generate a modulation circuit output signal. In this case, the Hall element modulation circuit may modulate the magnetic field signal component or the offset signal component with a modulation signal having a variable modulation frequency that varies between a minimum frequency and a maximum frequency.

상기 자기장 센서는 또한 하나 이상의 후술할 특징들을 가질 수 있다.The magnetic field sensor may also have one or more of the features described below.

몇몇 실시예들에 의하면, 상기 제 1 변동 변조 주파수는 상기 제 1 최소 주파수에서 상기 제 1 최대 주파수까지 선형 스위프(linear sweep) 형태로 변화할 수 있다.According to some embodiments, the first variable modulation frequency may vary in the form of a linear sweep from the first minimum frequency to the first maximum frequency.

몇몇 실시예들에 의하면, 상기 제 1 변동 변조 주파수는 상기 제 1 최소 주파수에서 상기 제 1 최대 주파수까지 비선형 스위프 형태로 변화할 수 있다.According to some embodiments, the first variable modulation frequency may vary in a nonlinear sweep form from the first minimum frequency to the first maximum frequency.

몇몇 실시예들에 의하면, 상기 제 1 변동 변조 주파수는 상기 제 1 최소 주파수에서 상기 제 1 최대 주파수까지 복수의 이산 주파수 스텝(discrete frequency step)들 형태로 변화할 수 있다.According to some embodiments, the first variable modulation frequency may vary in the form of a plurality of discrete frequency steps from the first minimum frequency to the first maximum frequency.

몇몇 실시예들에 의하면, 상기 제 1 변동 변조 주파수는 복수의 이산 주파수 스텝들 형태로 변화할 수 있다.According to some embodiments, the first variable modulation frequency may vary in the form of a plurality of discrete frequency steps.

몇몇 실시예들에 의하면, 상기 자기장 센서는 상기 변조 회로 출력 신호를 수신하여 증폭기 회로 출력 신호를 생성하는 증폭기 회로를 더 포함할 수 있다.According to some embodiments, the magnetic field sensor may further include an amplifier circuit for receiving the modulation circuit output signal and generating an amplifier circuit output signal.

몇몇 실시예들에 의하면, 상기 증폭기 회로는 상기 변조 회로 출력 신호를 나타내는 신호를 제 2 최소 주파수와 제 2 최대 주파수 사이에서 변화하는 제 2 변동 변조 주파수를 갖는 제 2 변조 신호로 변조하는 스위칭 회로를 포함할 수 있다.In some embodiments, the amplifier circuit comprises a switching circuit that modulates a signal representing the modulator circuit output signal into a second modulated signal having a second variable modulation frequency that varies between a second minimum frequency and a second maximum frequency. It may include.

몇몇 실시예들에 의하면, 상기 제 2 변동 변조 주파수는 상기 제 1 변동 변조 주파수와 같고, 상기 제 2 변동 변조 주파수는 상기 제 1 변동 변조 주파수에 동기될(synchronous) 수 있다.According to some embodiments, the second variable modulation frequency may be equal to the first variable modulation frequency, and the second variable modulation frequency may be synchronous to the first variable modulation frequency.

몇몇 실시예들에 의하면, 상기 제 2 변동 변조 주파수는 상기 제 1 변동 변조 주파수와 다르고, 상기 제 2 변동 변조 주파수는 상기 제 1 변동 변조 주파수에 동기될 수 있다.According to some embodiments, the second variable modulation frequency may be different from the first variable modulation frequency, and the second variable modulation frequency may be synchronized with the first variable modulation frequency.

몇몇 실시예들에 의하면, 상기 증폭기 회로는 제 2 최소 주파수와 제 2 최대 주파수 사이에서 변화하는 제 2 변동 변조 주파수를 갖는 제 2 변조 신호에 상응하는 비율로(at a rate) 상기 변조 회로 출력 신호를 나타내는 신호를 샘플링하는 샘플-홀드(sample and hold) 회로를 포함할 수 있다.According to some embodiments, the amplifier circuit outputs the modulator circuit output signal at a rate corresponding to a second modulated signal having a second variable modulation frequency that varies between a second minimum frequency and a second maximum frequency. And a sample-hold circuit for sampling a signal representing a.

몇몇 실시예들에 의하면, 상기 제 2 변동 변조 주파수는 상기 제 1 변동 변조 주파수와 같고, 상기 제 2 변동 변조 주파수는 상기 제 1 변동 변조 주파수에 동기될 수 있다.According to some embodiments, the second variable modulation frequency may be equal to the first variable modulation frequency, and the second variable modulation frequency may be synchronized with the first variable modulation frequency.

몇몇 실시예들에 의하면, 상기 자기장 센서는 상기 증폭기 회로 출력 신호를 수신하여 자기장 센서 출력 신호를 생성하는 필터 회로를 더 포함할 수 있다. 이 때, 상기 필터 회로는 안티-에일리어스(anti-alias)된 신호를 생성하는 안티-에일리어스 필터, 및 상기 안티-에일리어스 필터에 연결되고, 상기 제 1 변동 변조 주파수와 관련된 변동 샘플링 주파수를 갖는 샘플링 신호에 따라 상기 안티-에일리어스된 신호를 나타내는 신호를 샘플링하는 이산 시간 선택 필터(discrete time selective filter)를 포함할 수 있다. 또한, 상기 이산 시간 선택 필터는 상기 제 1 변동 변조 주파수와 관련된 변동 노치 주파수(changing notch frequency)를 가질 수 있다.According to some embodiments, the magnetic field sensor may further include a filter circuit that receives the amplifier circuit output signal and generates a magnetic field sensor output signal. At this time, the filter circuit is connected to an anti-alias filter for generating an anti-aliased signal, and the anti-alias filter, and the variation associated with the first variation modulation frequency. And a discrete time selective filter for sampling the signal representing the anti-aliased signal according to a sampling signal having a sampling frequency. In addition, the discrete time selection filter may have a changing notch frequency associated with the first varying modulation frequency.

몇몇 실시예들에 의하면, 상기 안티-에일리어스 필터는 상기 변동 샘플링 주파수와 관련된 최대 샘플링 주파수의 절반 이상의 주파수 컴포넌트들을 감소시키기 위해 선택된 코너(corner) 주파수를 가질 수 있다.According to some embodiments, the anti-alias filter may have a corner frequency selected to reduce frequency components at least half of the maximum sampling frequency associated with the variable sampling frequency.

몇몇 실시예들에 의하면, 상기 변동 샘플링 주파수는 상기 제 1 변동 변조 주파수의 정수 배(integer times)와 같을 수 있다.According to some embodiments, the variable sampling frequency may be equal to integer times of the first variable modulation frequency.

몇몇 실시예들에 의하면, 상기 변동 샘플링 주파수는 상기 제 1 변동 변조 주파수와 같을 수 있다.In some embodiments, the variable sampling frequency can be equal to the first variable modulation frequency.

몇몇 실시예들에 의하면, 상기 변동 샘플링 주파수는 상기 제 1 변동 변조 주파수의 두 배와 같을 수 있다.According to some embodiments, the variable sampling frequency may be equal to twice the first variable modulation frequency.

몇몇 실시예들에 의하면, 상기 변동 노치 주파수는 상기 제 1 변동 변조 주파수와 같을 수 있다.In some embodiments, the variable notch frequency can be equal to the first variable modulation frequency.

몇몇 실시예들에 의하면, 상기 자기장 센서는 상기 제 1 변동 변조 주파수와 관련된 변동 주파수를 갖는 전압 제어 오실레이터(voltage controlled oscillator) 출력 신호를 생성하는 전압 제어 오실레이터를 더 포함할 수 있다.According to some embodiments, the magnetic field sensor may further include a voltage controlled oscillator for generating a voltage controlled oscillator output signal having a variation frequency associated with the first variation modulation frequency.

몇몇 실시예들에 의하면, 상기 자기장 센서는 상기 전압 제어 오실레이터 출력 신호를 수신하여 상기 제 1 변조 신호, 상기 제 2 변조 신호 또는 상기 샘플링 신호 중에서 적어도 하나 이상을 생성하는 클럭 생성(clock generation) 회로를 더 포함할 수 있다.In example embodiments, the magnetic field sensor may include a clock generation circuit configured to receive the voltage controlled oscillator output signal to generate at least one of the first modulated signal, the second modulated signal, or the sampling signal. It may further include.

몇몇 실시예들에 의하면, 상기 자기장 센서는 출력 신호를 생성하여 상기 전압 제어 오실레이터 출력 신호의 상기 변동 주파수를 제어하는 신호 생성 회로를 더 포함할 수 있다.According to some embodiments, the magnetic field sensor may further include a signal generation circuit for generating an output signal to control the variable frequency of the voltage controlled oscillator output signal.

몇몇 실시예들에 의하면, 상기 신호 생성 회로의 상기 출력 신호는 최소 전압 값에서 최대 전압 값까지 선형-변화(ramp)하는 선형 전압 신호를 포함할 수 있다.According to some embodiments, the output signal of the signal generation circuit may comprise a linear voltage signal that linearly-ramps from a minimum voltage value to a maximum voltage value.

몇몇 실시예들에 의하면, 상기 신호 생성 회로의 상기 출력 신호는 최소 전압 값에서 최대 전압 값까지 변화하는 비선형 전압 신호를 포함할 수 있다.According to some embodiments, the output signal of the signal generation circuit may include a nonlinear voltage signal that varies from a minimum voltage value to a maximum voltage value.

몇몇 실시예들에 의하면, 상기 신호 생성 회로의 상기 출력 신호는 최소 전압 값에서 최대 전압 값까지 복수의 이산 전압 스텝들 형태로 변화하는 스텝 전압(stepped voltage) 신호를 포함할 수 있다.According to some embodiments, the output signal of the signal generation circuit may include a stepped voltage signal that varies in the form of a plurality of discrete voltage steps from a minimum voltage value to a maximum voltage value.

몇몇 실시예들에 의하면, 상기 신호 생성 회로의 상기 출력 신호는 복수의 이산 전압 스텝들 형태로 변화하는 스텝 전압 신호를 포함할 수 있다.According to some embodiments, the output signal of the signal generation circuit may include a step voltage signal that varies in the form of a plurality of discrete voltage steps.

몇몇 실시예들에 의하면, 상기 자기장 센서는 상기 제 1 변동 변조 주파수와 관련된 변동 주파수를 갖는 전압 제어 오실레이터 출력 신호를 생성하는 전압 제어 오실레이터를 더 포함할 수 있다.According to some embodiments, the magnetic field sensor may further include a voltage controlled oscillator for generating a voltage controlled oscillator output signal having a variation frequency associated with the first variation modulation frequency.

본 발명은 그 자체뿐 만 아니라 본 발명의 상술한 특징들이 아래 도면들에 대한 상세한 설명으로부터 보다 충분하게 이해될 수 있을 것이다.
도 1은 홀 요소, 변조 회로, 초퍼 안정화 증폭기(chopper-stabilized amplifier)를 가진 증폭기 회로, 안티-에일리어스(anti-alias) 필터와 이산 시간(discrete-time) 선택 필터를 가진 필터 회로를 구비하는 종래의 자기장 센서(여기서, 클럭된 부분들(clocked portions)은 고정된 클럭들(즉, 고정된 주파수들을 가진 클럭 신호들)로 클럭됨)를 나타내는 블록도이다.
도 1a는 홀 요소, 변조 회로, 샘플-홀드 회로를 가진 증폭기 회로, 로우 패스 필터(low pass filter)를 가진 필터 회로를 구비하는 다른 종래의 자기장 센서(여기서, 클럭된 부분들은 고정된 클럭들로 클럭됨)를 나타내는 블록도이다.
도 2는 오프셋 컴포넌트를 더 높은 주파수로 변조하기 위하여 도 1 및 도 1a의 자기장 센서 내의 홀 요소와 변조 회로로서 사용될 수 있는 홀 요소 및 변조 회로를 구비하는 스위치 홀 요소(switched Hall element)를 나타내는 블록도이다.
도 2a는 도 2의 스위치 홀 요소를 위한 클록 신호들을 나타내는 그래프이다.
도 2b는 도 2의 스위치 홀 요소에 의해 제공되는 변조 오프셋 컴포넌트를 나타내는 그래프이다.
도 2c는 도 2의 스위치 홀 요소에 의해 제공되는 비변조(un-modulated) 자기장 신호 컴포넌트를 나타내는 그래프이다.
도 3은 자기장 신호 컴포넌트를 더 높은 주파수로 변조하기 위하여 도 1 및 도 1a의 자기장 센서 내의 홀 요소와 변조 회로로서 사용될 수 있는 홀 요소 및 변조 회로를 구비하는 스위치 홀 요소를 나타내는 블록도이다.
도 3a는 도 3의 스위치 홀 요소를 위한 클럭 신호들을 나타내는 그래프이다.
도 3b는 도 3의 스위치 홀 요소에 의해 제공되는 비변조 오프셋 컴포넌트를 나타내는 그래프이다.
도 3c는 도 3의 스위칭 홀 요소에 의해 제공되는 변조 자기장 신호 컴포넌트를 나타내는 그래프이다.
도 4는 도 1 및 도 1a의 A지점에서 나타나는 싱글-엔디드 신호(single-ended signal)들인 네 개의 신호들을 나타내는 그래프이다.
도 4a는 도 1의 B지점에서 나타나는 비변조 신호 컴포넌트와 변조 오프셋 컴포넌트를 가진 차동 신호(differential signal)를 나타내는 그래프이다.
도 4b는 도 1의 C지점에서 나타나는 변조 오프셋 컴포넌트와 복조(demodulated) 자기장 신호 컴포넌트를 가진 차동 신호를 나타내는 그래프이다.
도 4c는 도 1 및 도 1a의 D지점에서 나타나는 필터링된 변조 오프셋 컴포넌트와 복조 신호 컴포넌트를 가진 필터링된 차동 신호를 나타내는 그래프이다.
도 5는 홀 요소, 변조 회로, 초퍼 안정화 증폭기를 가진 증폭기 회로 및 안티-에일리어스 필터와 이산 시간 선택 필터를 가진 필터 회로를 구비하는 자기장 센서(여기서, 클럭된 부분들은 변조 클럭 신호(modulating clock signal)에 비례하여 주파수가 변하는 클럭들로 클럭됨)를 나타내는 블록도이다.
도 5a는 홀 요소, 변조 회로, 샘플-홀드 회로를 가진 증폭기 회로 및 로우 패스 필터를 가진 필터 회로를 구비하는 다른 자기장 센서(여기서, 클럭된 부분들은 변조 클럭 신호에 비례하여 주파수가 변하는 클럭들로 클럭됨)를 나타내는 블록도이다.
도 6은 도 5 또는 5a의 전압 제어 오실레이터(VCO)에 제어 신호로서 제공될 수 있는 전압 램프(voltage ramp)를 나타내는 그래프이다.
도 6a는 도 6의 전압 램프에 응답하여 도 5 또는 도 5a의 변조 클럭 신호로서 생성될 수 있는 변화 주파수(varying frequency)를 나타내는 주파수 영역 그래프(frequency domain graph)이다.
도 7은 변조된 신호(여기서, 변조된 신호는 도 5의 증폭기 회로 내부에 있는 제 1 스위칭 회로 이후 또는 도 5a의 변조 회로의 출력에서 생성될 수 있는 변화 주파수 및 그의 고조파들을 가짐) 및 베이스밴드(baseband) 신호(여기서, 베이스밴드(즉, 복조된) 신호는 도 5 또는 도 5a의 증폭기 회로의 출력 또는 도 5나 도 5a의 필터 회로의 출력에서 생성될 수 있음)를 나타내는 주파수 영역 그래프이다.
도 8은 변조된 신호(여기서, 변조된 신호는 도 5의 증폭기 회로 내부에 있는 제 1 스위칭 회로 이후 또는 도 5a의 변조 회로의 출력에서 생성될 수 있는 변화 주파수(그러나, 그의 고조파들은 생략됨)를 가짐), 노이즈 신호(여기서, 노이즈 신호는 변조된 신호의 밴드(band) 내에서 발생할 수 있음), 베이스밴드 신호(여기서, 베이스밴드 신호(즉, 복조된)는 도 5나 도 5a의 증폭기 회로의 출력 또는 도 5나 도 5a의 필터 회로의 출력에서 생성될 수 있음), 및 베이스밴드로 복조된 노이즈 신호(여기서, 베이스밴드로 복조된 노이즈 신호는 도 5나 도 5a의 증폭기 회로의 출력 또는 도 5 또는 도 5a의 필터 회로의 출력에서 생성될 수 있음)를 나타내는 주파수 영역 그래프이다.
도 9는 선형 변화 주파수(linearly varying frequency)를 가진 도 5 및 도 5a의 예시적인 변조 클럭 신호를 나타내는 시간 영역 그래프(time domain graph)이다.
도 9a는 노이즈 신호가 존재하는 상태에서 도 9의 선형 변화 주파수를 가진 변조 클럭 신호에 응답하여, 도 5의 C지점에서 생성될 수 있는 출력 신호를 나타내는 시간 영역 그래프이다.
도 9b는 노이즈 신호가 존재하는 상태에서 도 9의 선형 변화 주파수를 가진 변조 클럭 신호에 응답하여, 도 5 및 도 5a의 필터 회로의 출력에서 생성될 수 있는 출력 신호를 나타내는 시간 영역 그래프이다.
도 10은 주파수 스텝(frequency step)들을 가진 도 5 및 도 5a의 예시적인 변조 클럭 신호를 나타내는 시간 영역 그래프이다.
도 10a는 노이즈 신호가 존재하는 상태에서 도 10의 이산 주파수 스텝들을 가진 변조 클럭 신호에 응답하여, 도 5의 C지점에서 생성될 수 있는 출력 신호를 나타내는 시간 영역 그래프이다.
도 10b는 노이즈 신호가 존재하는 상태에서 도 10의 이산 주파수 스텝들을 가진 변조 클럭 신호에 응답하여, 도 5 및 도 5a의 필터 회로의 출력에서 생성될 수 있는 출력 신호를 나타내는 시간 영역 그래프이다.
The present invention as well as the above-described features of the present invention will be more fully understood from the following detailed description.
1 includes a Hall element, a modulation circuit, an amplifier circuit with a chopper-stabilized amplifier, an anti-alias filter and a filter circuit with a discrete-time selection filter. Is a block diagram representing a conventional magnetic field sensor, where clocked portions are clocked at fixed clocks (ie, clock signals with fixed frequencies).
1A shows another conventional magnetic field sensor having a Hall element, a modulation circuit, an amplifier circuit with a sample-hold circuit, and a filter circuit with a low pass filter, where the clocked portions are at fixed clocks. Clocked).
FIG. 2 is a block illustrating a switched hall element having a Hall element and a modulation circuit that can be used as a modulation element and a Hall element in the magnetic field sensor of FIGS. 1 and 1A to modulate the offset component to a higher frequency. It is also.
FIG. 2A is a graph illustrating clock signals for the switch hall element of FIG. 2. FIG.
FIG. 2B is a graph illustrating the modulation offset component provided by the switch hall element of FIG. 2.
FIG. 2C is a graph illustrating an un-modulated magnetic field signal component provided by the switch hall element of FIG. 2.
FIG. 3 is a block diagram illustrating a Hall element in the magnetic field sensor of FIGS. 1 and 1A and a switch Hall element having a modulation circuit and a Hall element that may be used as a modulation circuit to modulate the magnetic field signal component to a higher frequency.
3A is a graph illustrating clock signals for the switch hall element of FIG. 3.
FIG. 3B is a graph illustrating the unmodulated offset component provided by the switch hole element of FIG. 3.
3C is a graph illustrating a modulated magnetic field signal component provided by the switching hall element of FIG. 3.
4 is a graph showing four signals that are single-ended signals appearing at point A of FIGS. 1 and 1A.
FIG. 4A is a graph illustrating a differential signal having an unmodulated signal component and a modulation offset component appearing at point B in FIG. 1.
FIG. 4B is a graph showing a differential signal having a modulation offset component and a demodulated magnetic field signal component at point C of FIG. 1.
4C is a graph illustrating a filtered differential signal having a filtered modulation offset component and a demodulation signal component appearing at point D in FIGS. 1 and 1A.
5 is a magnetic field sensor having a Hall element, a modulation circuit, an amplifier circuit with a chopper stabilizing amplifier and a filter circuit with an anti-alias filter and a discrete time selection filter, wherein the clocked portions are modulated clock signals. is clocked with clocks whose frequency varies in proportion to signal).
5A shows another magnetic field sensor having a Hall element, a modulation circuit, an amplifier circuit with a sample-hold circuit, and a filter circuit with a low pass filter, where the clocked portions are clocks whose frequency varies in proportion to the modulated clock signal. Clocked).
FIG. 6 is a graph showing a voltage ramp that may be provided as a control signal to the voltage controlled oscillator VCO of FIG. 5 or 5A.
FIG. 6A is a frequency domain graph showing a varying frequency that may be generated as the modulated clock signal of FIG. 5 or 5A in response to the voltage ramp of FIG. 6.
7 shows a modulated signal (where the modulated signal has a varying frequency and its harmonics that may be generated after the first switching circuit inside the amplifier circuit of FIG. 5 or at the output of the modulation circuit of FIG. 5A) and baseband. is a frequency domain graph representing a baseband signal, where the baseband (i.e., demodulated) signal may be generated at the output of the amplifier circuit of FIG. 5 or 5A or at the output of the filter circuit of FIG. 5 or 5A). .
FIG. 8 shows a modulated signal (where the modulated signal can be generated after the first switching circuit inside the amplifier circuit of FIG. 5 or at the output of the modulation circuit of FIG. 5A (but its harmonics are omitted) ), A noise signal (where the noise signal can occur within a band of the modulated signal), a baseband signal (where the baseband signal (ie, demodulated) is the amplifier of FIG. 5 or 5A) May be generated at the output of the circuit or at the output of the filter circuit of FIGS. 5 or 5A, and the noise signal demodulated to the baseband, where the noise signal demodulated to the baseband is output from the amplifier circuit of FIG. 5 or 5A. Or at the output of the filter circuit of FIG. 5 or FIG. 5A).
9 is a time domain graph showing the example modulated clock signal of FIGS. 5 and 5A with a linearly varying frequency.
FIG. 9A is a time domain graph illustrating an output signal that may be generated at point C of FIG. 5 in response to a modulated clock signal having the linear change frequency of FIG. 9 in the presence of a noise signal.
FIG. 9B is a time domain graph illustrating an output signal that may be generated at the output of the filter circuits of FIGS. 5 and 5A in response to a modulated clock signal having the linear change frequency of FIG. 9 in the presence of a noise signal.
10 is a time domain graph illustrating the example modulated clock signal of FIGS. 5 and 5A with frequency steps.
FIG. 10A is a time domain graph illustrating an output signal that may be generated at point C of FIG. 5 in response to a modulated clock signal having the discrete frequency steps of FIG. 10 in the presence of a noise signal.
FIG. 10B is a time domain graph illustrating an output signal that may be generated at the output of the filter circuits of FIGS. 5 and 5A in response to a modulated clock signal having the discrete frequency steps of FIG. 10 in the presence of a noise signal.

본 발명을 설명하기 이전에 몇몇 서두 개념들과 전문 용어가 설명된다. 본 명세서에서 사용되고 있는 바와 같이, "자기장 검출 요소(magnetic field sensing element)"는 자기장을 검출할 수 있는 다양한 유형의 전기적 요소들(electronic elements)을 설명하기 위해 사용될 수 있다. 상기 자기장 검출 요소들은 홀 요소(Hall element)들, 자기저항 요소(magnetoresistance element)들 또는 자기 트랜지스터들(magnetotransistor)들일 수 있으나 그에 한정되는 것은 아니다. 알려진 바와 같이, 다른 유형의 홀 요소들(예를 들면, 평면 홀 요소들(planar Hall elements), 수직 홀 요소들(vertical Hall elements), 및 원형 홀 요소들(circular Hall elements))이 있다. 또한, 알려진 바와 같이, 다른 유형의 자기저항 요소들(예를 들면, 비등방성 자기저항(anisotropic magnetoresistance; AMR) 요소들, 거대 자기저항 (giant magnetoresistance; GMR) 요소들, 터널링 자기저항(tunneling magnetoresistance; TMR) 요소들, 안티몬화 인듐(Indium antimonide; InSb) 요소들, 및 자기 터널 접합(magnetic tunnel junction; MTJ) 요소들)이 있다.Some introductory concepts and terminology are described before describing the invention. As used herein, a "magnetic field sensing element" can be used to describe various types of electronic elements capable of detecting a magnetic field. The magnetic field detection elements may be, but are not limited to, Hall elements, magnetoresistance elements, or magnetotransistors. As is known, there are other types of Hall elements (eg planar Hall elements, vertical Hall elements, and circular Hall elements). As is also known, other types of magnetoresistive elements (eg, anisotropic magnetoresistance (AMR) elements, giant magnetoresistance (GMR) elements, tunneling magnetoresistance; TMR) elements, Indium antimonide (InSb) elements, and magnetic tunnel junction (MTJ) elements).

본 명세서에서, 예들로서 홀 효과(Hall effect) 요소들이 사용될 수 있다. In this specification, Hall effect elements can be used as examples.

알려진 바와 같이, 상술된 자기장 검출 요소들의 일부는 상기 자기장 검출 요소를 지지(support)하는 기판에 평행한 최대 감도 축(an axis of maximum sensitivity)을 갖는 경향이 있고, 상술된 자기장 검출 요소들의 그 밖에 다른 것들은 상기 자기장 검출 요소를 지지하는 기판에 수직인 최대 감도 축을 갖는 경향이 있다. 구체적으로, 전부는 아니지만 자기저항 요소들의 대부분의 유형은 기판에 평행한 최대 감도 축들을 가지는 경향이 있고, 전부는 아니지만 홀 요소들의 대부분의 유형은 기판에 수직인 감도 축을 가지는 경향이 있다.As is known, some of the magnetic field detection elements described above tend to have an axis of maximum sensitivity parallel to the substrate supporting the magnetic field detection element, and others of the magnetic field detection elements described above. Others tend to have a maximum sensitivity axis perpendicular to the substrate supporting the magnetic field detection element. Specifically, most but not all types of magnetoresistive elements tend to have maximum sensitivity axes parallel to the substrate, and most but not all types of hall elements tend to have sensitivity axes perpendicular to the substrate.

본 명세서에서 사용되고 있는 바와 같이, "자기장 센서"라는 용어는 자기장 검출 요소를 포함한 회로를 설명하기 위해 사용될 수 있다. 상술한 바와 같이, 자기장 센서는 다양한 응용 장치(application)들에서 사용된다. 이러한 자기장 센서는 자기장의 자기장 밀도를 검출하는 선형 자기장 센서, 전류 운반 전도체(current carrying conductor)에 흐르는 전류에 의해 생성되는 자기장을 검출하는 전류 센서, 강자성(ferromagnetic) 물체의 접근을 검출하는 자기 스위치, 및 강자성 물체들이 지나가는 것을 검출하는 회전 검출기를 포함할 수 있으나 그에 한정되는 것은 아니다.As used herein, the term “magnetic field sensor” can be used to describe a circuit that includes a magnetic field detection element. As mentioned above, magnetic field sensors are used in a variety of applications. Such magnetic field sensors include linear magnetic field sensors for detecting magnetic field density of magnetic fields, current sensors for detecting magnetic fields generated by currents flowing in current carrying conductors, magnetic switches for detecting proximity of ferromagnetic objects, And a rotation detector that detects the passing of the ferromagnetic objects, but is not limited thereto.

본 명세서에서 설명된 회로들 및 기술들은 홀 효과 요소들을 사용하는 상기 식별된 유형들의 자기장 센서들에 모두 적합할 수 있다. 다만, 단순화를 위하여, 본 명세서에서는 자기장의 자기장 밀도를 검출하는 선형 자기장 센서들을 보여주는 예들만이 설명된다.The circuits and techniques described herein may be suitable for all of the above identified types of magnetic field sensors using Hall effect elements. However, for the sake of simplicity, only examples showing linear magnetic field sensors for detecting the magnetic field density of the magnetic field are described herein.

도 1을 참조하면, 종래의 자기장 센서(10)는 2008년 9월 16일자로 등록된 미국 특허 제7,425,821호에 설명된 유형이고, 본 발명의 양수인에게 양도되었으며, 이들은 전체로서 여기에 참조된다. 상기 자기장 센서(10)는 변조 회로(14)와 신호들(12a, ..., 12d)과 관련된 4개의 연결들(couplings)을 제공하는 홀 요소를 포함한다. 신호들(12a, ..., 12d)은 여기서 자기장 신호로 명명되는 차동 출력 신호(differential output signal)를 형성하기 위해 변조 회로(14)에 의하여 쌍으로 적절히 선택될 수 있다. 후술될 바와 같이, 상기 자기장 신호는 적어도 두 개 이상의 컴포넌트들(즉, 자기장에 응답하는 자기장 신호 컴포넌트 및 자기장에 일반적으로 응답하지 않는 오프셋 컴포넌트(일반적으로 DC에서 응답함))을 갖는다.Referring to FIG. 1, a conventional magnetic field sensor 10 is of the type described in US Pat. No. 7,425,821, registered September 16, 2008, and assigned to the assignee of the present invention, which is incorporated herein by reference in its entirety. The magnetic field sensor 10 comprises a Hall element providing four couplings associated with the modulation circuit 14 and the signals 12a,..., 12d. The signals 12a, ..., 12d may be appropriately selected in pairs by the modulation circuit 14 to form a differential output signal, referred to herein as a magnetic field signal. As will be discussed below, the magnetic field signal has at least two components (ie, a magnetic field signal component responsive to the magnetic field and an offset component that generally does not respond to the magnetic field (typically responding at DC).

변조 회로(14)는 도 2 내지 도 2c 또는 도 3 내지 도 3c와 함께 보다 상세하게 후술될 유형일 수 있다. 바람직하게는, 변조 회로(14)는 제 1 스위칭 회로(20)가 존재하는 실시예들을 위하여 도 2 내지 도 2c와 함께 후술될 유형일 수도 있고, 제 1 스위칭 회로(20)가 사용되지 않는 실시예들을 위하여 도 3 내지 도 3c와 함께 후술될 유형일 수도 있다.Modulation circuit 14 may be of the type described below in more detail in conjunction with FIGS. 2-2C or 3-3C. Preferably, the modulation circuit 14 may be of the type described below in conjunction with FIGS. 2-2C for embodiments in which the first switching circuit 20 is present, and embodiments in which the first switching circuit 20 is not used. It may be of the type described below in conjunction with Figures 3 to 3c for this purpose.

변조 회로(14)는 보다 자세하게 후술될 초퍼 안정화 증폭기(chopper-stabilized amplifier)를 갖는 증폭기 회로(16)에 차동 출력 신호(14a, 14b)를 제공한다. 또한, 상기 증폭기 회로(16)는 보다 자세하게 후술될 필터 회로(26)에 차동 증폭 신호(differential amplified signal)(24a, 24b)를 제공한다. 필터 회로(26)는 이산 시간(시간 샘플링) 선택 필터에 앞서는 로우 패스 필터(low pass filter)(28)를 포함할 수 있다. 필터 회로(26)는 차동 출력 신호(30a, 30b)를 제공할 수 있다. 몇몇 대체하는 방식들에서, 차동 신호들(24a, 24b, 30a, 30b)은 싱글-엔디드(single ended) 신호들로 대신할 수 있다.The modulation circuit 14 provides the differential output signals 14a, 14b to an amplifier circuit 16 having a chopper-stabilized amplifier which will be discussed in more detail below. The amplifier circuit 16 also provides differential amplified signals 24a and 24b to the filter circuit 26 which will be described in more detail below. The filter circuit 26 may include a low pass filter 28 that precedes the discrete time (time sampling) select filter. Filter circuit 26 may provide differential output signals 30a, 30b. In some alternative ways, the differential signals 24a, 24b, 30a, 30b may replace single-ended signals.

차동 출력 신호(30a, 30b)는 홀 요소(12)에 의해 검출된 자기장에 비례하는 값을 가진 선형 출력 신호일 수 있다. 다른 방식들에서, 비교기(comparator)(미도시)는 차동 출력 신호(30a, 30b)를 수신할 수 있고, 이러한 경우, 비교기에 의해 생성된 출력 신호는 2개의 상태(state)들을 가진 비선형 신호일 수 있다. 이 때, 홀 요소(12)에 의해 검출된 자기장 신호를 나타내는 2개의 상태들은 쓰레시홀드(threshold)의 위거나 아래일 수 있다.The differential output signals 30a, 30b may be linear output signals having a value proportional to the magnetic field detected by the hall element 12. In other ways, a comparator (not shown) can receive differential output signals 30a, 30b, in which case the output signal generated by the comparator may be a nonlinear signal with two states. have. At this time, the two states representing the magnetic field signal detected by the hall element 12 may be above or below the threshold.

증폭기 회로(16)는 차동 신호(14a, 14b)와 차동 피드백 신호(differential feedback signal)(36a, 36b)를 수신하는 서밍 노드(summing node)(18)를 포함할 수 있다. 서밍 노드(18)는 차동 신호(18a, 18b)를 생성할 수 있다. 제 1 스위칭 회로(20)는 차동 신호(18a, 18b)를 수신할 수 있고, 제 1 차동 스위치 신호(20a, 20b)를 생성할 수 있다. 차동 증폭기(22)는 제 1 차동 스위치 신호(20a, 20b)를 수신할 수 있고, 차동 증폭 신호(22a, 22b)를 생성할 수 있다. 제 2 스위칭 회로(24)는 차동 증폭 신호(22a, 22b)를 수신할 수 있고, 제 2 차동 스위치 신호(24a, 24b)를 생성할 수 있다. 서밍 노드(18), 제 1 스위칭 회로(20), 차동 증폭기(22) 및 제 2 스위칭 회로(24)는 초퍼 안정화 증폭기를 구성할 수 있다. 몇몇 방식들에서, 서밍 노드(18)는 생략될 수 있고, 차동 피드백 신호(36a, 36b)는 사용되지 않을 수 있다.The amplifier circuit 16 may include a summing node 18 that receives the differential signals 14a and 14b and the differential feedback signals 36a and 36b. Summing node 18 may generate differential signals 18a and 18b. The first switching circuit 20 can receive the differential signals 18a and 18b and can generate the first differential switch signals 20a and 20b. The differential amplifier 22 may receive the first differential switch signals 20a and 20b and generate the differential amplified signals 22a and 22b. The second switching circuit 24 can receive the differential amplification signals 22a and 22b and can generate the second differential switch signals 24a and 24b. The summing node 18, the first switching circuit 20, the differential amplifier 22, and the second switching circuit 24 may constitute a chopper stabilizing amplifier. In some ways, the summing node 18 may be omitted and the differential feedback signals 36a and 36b may not be used.

또한, 자기장 센서(10)는 오실레이터(oscillator)(34)로부터 클럭 신호(34a)를 수신하고, 클럭 신호들(32a, 32b, 32c)을 변조 회로(14), 증폭기 회로(16) 및 필터 회로(26)에 각각 제공하는 클럭 생성 회로(clock generation circuit)(32)를 포함할 수 있다. 그러므로, 선호되는 실시예들에서, 변조 회로(14)의 스위칭 기능(switching function), 증폭기 회로(16)의 스위칭 기능 및 필터 회로(26)의 스위칭 기능은 동기(synchronous)될 수 있다.In addition, the magnetic field sensor 10 receives a clock signal 34a from an oscillator 34 and converts the clock signals 32a, 32b, and 32c into a modulation circuit 14, an amplifier circuit 16, and a filter circuit. And a clock generation circuit 32 that provides each to 26. Therefore, in preferred embodiments, the switching function of the modulation circuit 14, the switching function of the amplifier circuit 16 and the switching function of the filter circuit 26 can be synchronous.

변조 회로(14)는 주파수(Φ)를 갖는 클럭 신호(32a)로 클럭될 수 있다. 제 1 및 제 2 스위칭 회로들(20, 24)은 주파수(KΦ)(단, K는 1/2의 정수 배임)를 갖는 클럭 신호(32b)로 클럭될 수 있다. 이산 시간 선택 필터(30)는 주파수(NΦ)(단, N은 정수)를 갖는 클럭 신호(32c)로 클럭될 수 있다. 몇몇 방식들에서는, KΦ=

Figure pct00001
Φ 및 NΦ=
Figure pct00002
Φ일 수 있다. 클럭 신호들(32a, 32b, 32c)은 정적인 주파수(static frequency)를 가질 수 있다.The modulation circuit 14 may be clocked with a clock signal 32a having a frequency Φ. The first and second switching circuits 20 and 24 may be clocked with a clock signal 32b having a frequency KΦ (where K is an integer multiple of 1/2). The discrete time selection filter 30 may be clocked into a clock signal 32c having a frequency NΦ (where N is an integer). In some ways, KΦ =
Figure pct00001
Φ and NΦ =
Figure pct00002
Can be Φ. The clock signals 32a, 32b, and 32c may have a static frequency.

상술한 바와 같이, 차동 출력 신호(즉, 차동 신호는 변조 회로(14)에 의하여 신호들(12a, ..., 12d) 중에서 쌍으로 적절히 선택됨)는 검출된 자기장에 비례하는 원하는(desired) 자기장 신호 컴포넌트와 원하지 않는(undesired) 오프셋 신호 컴포넌트(즉, DC) 모두를 포함할 수 있다. 홀 요소(12)가 자기장 신호 컴포넌트와 오프셋 컴포넌트 모두를 갖는 신호(즉, 변조 회로(14)에 의하여 신호들(12a, ..., 12d) 중에서 쌍으로 적절히 선택된 차동 신호)를 생성할 지라도, 자기장 센서(10)로부터의 출력 신호(30a, 30b)가 우세(predominant) 자기장 신호 컴포넌트와 비교적 감소된 오프셋 컴포넌트를 가진다는 것은 도 2 내지 도 3a에 대한 아래의 설명으로부터 명백해질 것이다.As described above, the differential output signal (i.e., the differential signal is suitably selected in pairs among the signals 12a, ..., 12d) by the modulation circuit 14 is a desired magnetic field that is proportional to the detected magnetic field. It can include both signal components and undesired offset signal components (ie, DC). Although the Hall element 12 generates a signal having both a magnetic field signal component and an offset component (i.e., a differential signal suitably selected in pairs among the signals 12a, ..., 12d) by the modulation circuit 14, It will be apparent from the following description of FIGS. 2-3 that the output signals 30a, 30b from the magnetic field sensor 10 have a predominant magnetic field signal component and a relatively reduced offset component.

베이스밴드(baseband)에서 자기장 신호 컴포넌트가 남겨지는 동안에, 변조 회로(14)가 홀 요소 차동 신호(즉, 변조 회로(14)에 의하여 신호들(12a, ..., 12d) 중에서 쌍으로 적절히 선택된 차동 신호)의 오프셋 컴포넌트를 더 높은 주파수로 변조(즉, 주파수 편이(frequency shift))한다는 것은 도 2 내지 도 2c에 대한 아래의 설명으로부터 이해될 수 있을 것이다. 따라서, 자기장 신호 컴포넌트 및 오프셋 컴포넌트는 변조 회로(14)의 동작 이후에 주파수 상에서 분리될 수 있다.While the magnetic field signal component is left in the baseband, the modulation circuit 14 is suitably selected in pairs among the signals 12a, ..., 12d by the Hall element differential signal (i.e. by the modulation circuit 14). It will be understood from the description below for FIGS. 2-2C to modulate (ie, frequency shift) the offset component of the differential signal) to a higher frequency. Thus, the magnetic field signal component and offset component may be separated on frequency after operation of the modulation circuit 14.

동작에 있어서, 초퍼 안정화 증폭기를 가진 증폭기 회로(16)는 (제 1 스위칭 회로(20)로) 변조 및 (제 2 스위칭 회로(24)로) 복조(즉, 주파수 편이)할 수 있고, 베이스밴드(예를 들면, DC 또는 상대적으로 낮은 주파수)에 남는 자기장 신호 컴포넌트를 만들 수 있다. 또한, 증폭기 회로는 (제 1 스위칭 회로(20)로) 복조 및 (제 2 스위칭 회로(24)로) 재변조(re-modulate)(즉, 주파수 편이)할 수 있고, 더 높은 주파수에 남는 오프셋 컴포넌트를 만들 수 있다. 따라서, 자기장 신호 컴포넌트 및 오프셋 컴포넌트는 증폭기 회로(16)의 동작 이후에 주파수 상에서 분리된 상태로 남을 수 있다.In operation, the amplifier circuit 16 with the chopper stabilized amplifier can modulate (to the first switching circuit 20) and demodulate (ie to frequency shift) the baseband and It is possible to create a magnetic field signal component that remains at (e.g., DC or relatively low frequency). In addition, the amplifier circuit can demodulate (with the first switching circuit 20) and re-modulate (ie, frequency shift) with (with the second switching circuit 24) an offset that remains at a higher frequency. You can create components. Thus, the magnetic field signal component and offset component may remain separated on frequency after operation of the amplifier circuit 16.

필터 회로(26)는 더 높은 주파수에서 나타나는 오프셋 컴포넌트의 크기(magnitude)를 감소시킬 수 있다. 따라서, 차동 출력 신호(30a, 30b)는 베이스밴드(즉, DC 또는 상대적으로 낮은 주파수)에 있는 자기장 신호 컴포넌트 및 더 높은 주파수로 이전에(previously) 편이된 크게 감소된 오프셋 컴포넌트를 포함할 수 있다.The filter circuit 26 may reduce the magnitude of the offset component appearing at higher frequencies. Thus, differential output signals 30a and 30b may include magnetic field signal components in the baseband (ie, DC or relatively low frequency) and greatly reduced offset components previously shifted to higher frequencies. .

자기장 센서(10)에 대한 그 이상의 설명은 상술한 미국 특허 제7,425,821호에서 참조될 수 있다.Further description of the magnetic field sensor 10 can be found in the above-mentioned US Pat. No. 7,425,821.

도 1a를 참조하면, 도 1의 요소들과 같은 요소들은 같은 참조 번호들로 지정되어 있다. 다른 종래의 자기장 센서(40)는 1997년 4월 15일자 등록된 미국 특허 제5,621,319호에서 설명된 유형일 수 있다. 상기 미국 특허는 본 발명의 양수인에게 양도되었고, 그 전체로서 참조로 여기에 병합된다. 자기장 센서(40)는 변조 회로(15)와 신호들(12a, ..., 12d)과 관련된 4개의 연결들을 제공하는 홀 요소(12)를 포함할 수 있다. 변조 회로(15)는 도 3 내지 도 3c와 함께 보다 자세하게 후술될 유형일 수 있다.1A, elements such as those of FIG. 1 are designated by the same reference numerals. Another conventional magnetic field sensor 40 may be of the type described in US Pat. No. 5,621,319, filed April 15, 1997. This US patent is assigned to the assignee of the present invention and is hereby incorporated by reference in its entirety. The magnetic field sensor 40 may include a hall element 12 providing four connections associated with the modulation circuit 15 and the signals 12a,..., 12d. Modulation circuit 15 may be of the type described below in more detail in conjunction with FIGS.

변조 회로(15)는 보다 자세하게 후술될 두 개의 샘플-홀드(sample and hold) 회로들(43, 44)을 갖는 증폭 회로(41)에 차동 출력 신호(15a, 15b)를 제공할 수 있다. 증폭 회로(41)는 보다 자세하게 후술될 필터 회로(48)에 차동 증폭 신호(46a, 46b)를 제공할 수 있다. 필터 회로(48)는 차동 출력 신호(47a, 47b)를 제공할 수 있다. 몇몇 대체하는 방식들에서, 차동 신호들(46a, 46b, 47a, 47b)은 싱글-엔디드 신호들(single ended signals)일 수 있다.Modulation circuit 15 may provide differential output signals 15a, 15b to amplifying circuit 41 having two sample and hold circuits 43, 44, which will be described in more detail below. The amplifying circuit 41 may provide the differential amplifying signals 46a and 46b to the filter circuit 48 which will be described later in more detail. The filter circuit 48 may provide differential output signals 47a and 47b. In some alternative ways, the differential signals 46a, 46b, 47a, 47b may be single ended signals.

증폭 회로(41)는 차동 신호(15a, 15b)를 수신하여 차동 증폭 신호(42a, 42b)를 생성하는 차동 증폭기(42)를 포함할 수 있다. 제 1 샘플-홀드 회로(43)는 싱글-엔디드 신호로서 신호(42a)를 수신할 수 있다. 제 2 샘플-홀드 회로(44)는 싱글-엔디드 신호로서 신호(42b)를 수신할 수 있다. 샘플-홀드 회로(43)는 신호(43a)를 생성할 수 있고, 샘플-홀드 회로(44)는 신호(44a)를 생성할 수 있다. 서밍 노드(45)는 신호들(43a, 44a)을 수신할 수 있고, 감산 신호(subtracted signal)(45a)를 생성할 수 있다. 증폭기(46)는 감산 신호(45a)를 수신할 수 있고, 차동 신호(46a, 46b)를 생성할 수 있다.The amplifying circuit 41 may include a differential amplifier 42 which receives the differential signals 15a and 15b and generates the differential amplifying signals 42a and 42b. The first sample-hold circuit 43 may receive the signal 42a as a single-ended signal. The second sample-hold circuit 44 can receive the signal 42b as a single-ended signal. The sample-hold circuit 43 may generate a signal 43a, and the sample-hold circuit 44 may generate a signal 44a. Summing node 45 may receive signals 43a and 44a and may generate a subtracted signal 45a. Amplifier 46 may receive subtracted signal 45a and generate differential signals 46a and 46b.

필터 회로(48)는 차동 신호(46a, 46b)를 수신하여 차동 필터 신호(differential filtered signal)(47a, 47b)를 생성하는 로우 패스 필터(47)를 포함할 수 있다.The filter circuit 48 may include a low pass filter 47 that receives the differential signals 46a and 46b and generates differential filtered signals 47a and 47b.

또한, 자기장 센서(40)는 오실레이터(34)로부터 클럭 신호(34a)를 수신하고, 변조 회로(12) 및 증폭기 회로(41)에 클럭 신호(49a)를 제공하는 클럭 생성 회로(clock generation circuit)(49)를 포함할 수 있다. 선호되는 실시예들에서, 변조 회로(15)의 스위칭 기능은 증폭기 회로(41)의 스위칭 기능과 동기될 수 있다.The magnetic field sensor 40 also receives a clock signal 34a from the oscillator 34 and provides a clock generation circuit for providing the clock signal 49a to the modulation circuit 12 and the amplifier circuit 41. And (49). In preferred embodiments, the switching function of the modulation circuit 15 may be synchronized with the switching function of the amplifier circuit 41.

변조 회로(15)는 주파수(Φ)를 갖는 클럭 신호(49a)로 클럭될 수 있다. 또한, 제 1 및 제 2 샘플-홀드 회로(43, 44)는 클럭 신호(49a)로 클럭될 수 있다. 클럭 신호(49a)는 정적인 주파수를 가진다. 몇몇 실시예들에서, 필터 회로(48)는 클럭되지 않을 수 있다. 다른 실시예들에서, 필터 회로(48)는 이산 시간 선택 필터를 포함할 수 있다. 이 때, 이산 시간 선택 필터는 도 1의 이산 시간 선택 필터(30)와 동일하거나 유사할 수 있다.The modulation circuit 15 can be clocked with a clock signal 49a having a frequency Φ. In addition, the first and second sample-hold circuits 43 and 44 may be clocked with a clock signal 49a. Clock signal 49a has a static frequency. In some embodiments, filter circuit 48 may not be clocked. In other embodiments, filter circuit 48 may include a discrete time selection filter. In this case, the discrete time selection filter may be the same as or similar to the discrete time selection filter 30 of FIG. 1.

상술한 바와 같이, 홀 요소(12)로부터의 출력 신호(즉, 변조 회로(15)에 의하여 신호들(12a, ..., 12d) 중에서 쌍으로 적절히 선택된 차동 신호)는 검출된 자기장에 비례하는 자기장 신호 컴포넌트 및 오프셋 신호 컴포넌트를 모두 포함한다는 것이 이해될 것이다. 홀 요소(12)가 자기장 신호 컴포넌트 및 오프셋 컴포넌트를 갖는 신호(즉, 변조 회로(15)에 의하여 신호들(12a, ..., 12d) 중에서 쌍으로 적절히 선택한 차동 신호)를 생성할 지라도, 자기장 센서(40)로부터의 출력 신호(47a, 47b)는 우세 자기장 신호 컴포넌트 및 크게 감소된 오프셋 컴포넌트를 가진다는 것이 도 3 내지 도 3c에 대한 아래의 설명으로부터 명백해 질 것이다.As described above, the output signal from the Hall element 12 (i.e., the differential signal suitably selected in pairs among the signals 12a, ..., 12d by the modulation circuit 15) is proportional to the detected magnetic field. It will be understood that it includes both the magnetic field signal component and the offset signal component. Although the Hall element 12 generates a signal having a magnetic field signal component and an offset component (i.e., a differential signal suitably selected in pairs among the signals 12a, ..., 12d) by the modulation circuit 15, the magnetic field It will be apparent from the following description of FIGS. 3 to 3 c that the output signals 47a and 47b from the sensor 40 have a dominant magnetic field signal component and a greatly reduced offset component.

또한, 상술한 바와 같이, 베이스밴드(예를 들면, DC)에서 오프셋 컴포넌트가 남겨지는 동안, 변조 회로(15)가 홀 요소 차동 신호(즉, 변조 회로(15)에 의하여 신호들(12a, ..., 12d) 중에서 쌍으로 적절히 선택된 차동 신호)의 자기장 신호 컴포넌트를 더 높은 주파수로 변조(즉, 주파수 편이)한다는 것이 도 3 내지 도 3a에 대한 설명으로부터 이해될 것이다. 따라서, 자기장 신호 컴포넌트 및 오프셋 컴포넌트는 변조 회로(15)의 동작에 의하여 주파수 상에서 분리될 수 있다.Further, as described above, while the offset component is left in the baseband (e.g., DC), the modulation circuit 15 causes the signals 12a,. It will be understood from the description of FIGS. 3 to 3A to modulate (ie, frequency shift) the magnetic field signal components of a differential signal, suitably selected in pairs from. Thus, the magnetic field signal component and offset component can be separated on frequency by the operation of the modulation circuit 15.

두 개의 샘플-홀드 회로들(43, 44)을 가진 증폭기 회로(41)는 베이스밴드(예를 들면, DC 또는 낮은 주파수)로 돌아오는 자기장 신호 컴포넌트를 복조(즉, 주파수 편이)할 수 있고, 오프셋 컴포넌트를 더 높은 주파수로 변조(즉, 주파수 편이)할 수 있다. 따라서, 자기장 신호 컴포넌트 및 오프셋 컴포넌트는 증폭기 회로(41)의 동작 이후에는 주파수 상에서 분리된 상태로 남을 수 있다. 또한, 두 개의 샘플-홀드 회로들(43, 44)은 도 1의 이산 시간 선택 필터(30)에 의해 제공되는 것과 유사한 결과 신호의 필터링(filtering)을 제공할 수 있다. 그러므로, 이산 시간 선택 필터(30)는 자기장 센서(40)에서 필요하지 않을 수 있다.The amplifier circuit 41 with the two sample-hold circuits 43, 44 can demodulate (i.e., frequency shift) the magnetic field signal component returning to the baseband (e.g., DC or low frequency), The offset component can be modulated (ie, frequency shifted) to a higher frequency. Thus, the magnetic field signal component and offset component may remain separated on frequency after operation of the amplifier circuit 41. In addition, the two sample-hold circuits 43, 44 may provide filtering of the resulting signal similar to that provided by the discrete time selection filter 30 of FIG. 1. Therefore, the discrete time selection filter 30 may not be needed in the magnetic field sensor 40.

필터 회로(48)는 로우 패스 회로(47)를 포함할 수 있다. 동작에 있어서, 필터 회로(48)는 더 높은 주파수에서 나타나는 오프셋 컴포넌트의 크기를 더 감소시킬 수 있다. 또한, 필터 회로(48)는 샘플링 동작에 기인하는 어떠한 2차 컴포넌트들(second order components)도 감소시킬 수 있다. 따라서, 차동 출력 신호(47a, 47b)는 베이스밴드(예를 들면, DC 또는 낮은 주파수)에 있는 자기장 신호 컴포넌트 및 더 높은 주파수로 이전에 편이된 크게 감소된 오프셋 컴포넌트를 포함할 수 있다.The filter circuit 48 may include a low pass circuit 47. In operation, filter circuit 48 may further reduce the magnitude of the offset component appearing at higher frequencies. In addition, the filter circuit 48 may reduce any second order components due to the sampling operation. Thus, differential output signals 47a and 47b may include magnetic field signal components in the baseband (eg, DC or low frequency) and greatly reduced offset components previously shifted to higher frequencies.

도 2를 참조하면, 홀 오프셋 컴포넌트를 변조하는 유형의 스위치 홀 요소(50)가 홀 요소(52)(또는, 홀 플레이트(Hall plate)) 및 변조 회로(54)를 포함할 수 있다. 변조 회로(54)는 도 1의 변조 회로(14)와 유사하거나 동일할 수 있다. 홀 요소(52)는 4개의 접합들(contacts)(52a, 52b, 52c, 52d)을 포함할 수 있고, 도시된 바와 같이, 4개의 접합들(52a, 52b, 52c, 52d) 각각은 스위치(56a, 56b, 56c, 56d)의 제 1 단자(terminal)에 각각 연결될 수 있다. 스위치들(56b, 56c)의 제 2 단자들은 스위치 홀 출력 신호(switched Hall output signal)의 양의 노드(positive node)(여기서,

Figure pct00003
+로 표시)를 제공할 수 있고, 스위치들(56a, 56d)의 제 2 단자들은 스위치 홀 출력 신호의 음의 노드(negative node)(여기서,
Figure pct00004
-로 표시)를 제공할 수 있다.Referring to FIG. 2, a switch hall element 50 of the type that modulates a hole offset component may include a hall element 52 (or Hall plate) and a modulation circuit 54. The modulation circuit 54 may be similar or identical to the modulation circuit 14 of FIG. 1. Hall element 52 may include four contacts 52a, 52b, 52c, 52d, and as shown, each of the four contacts 52a, 52b, 52c, 52d may be a switch ( It may be connected to the first terminal (56) of the 56a, 56b, 56c, 56d, respectively. The second terminals of the switches 56b and 56c are positive nodes of the switched hall output signal, where
Figure pct00003
And the second terminals of the switches 56a and 56d are negative nodes (here,
Figure pct00004
(Indicated by-).

추가적인 스위치들(60a, 60b, 60c, 60d)은 홀 접합들(Hall contacts)을 공급 전압(supply voltage)(

Figure pct00005
, ground)에 선택적으로 연결하기 위하여 배치될 수 있다. 보다 상세하게는, 스위치들(56b, 56d, 60a, 60c)은 클럭 신호(CLK)에 의해 제어될 수 있고, 스위치들(56a, 56c, 60b, 60d)은 상보적인 클럭 신호(complementary clock signal)(CLK/)에 의해 제어될 수 있다. 클럭 신호들(CLK, CLK/)은 도 2a에 도시된 바와 같이, 두 가지 상태들 또는 위상들(즉,
Figure pct00006
상태 및
Figure pct00007
상태)을 가질 수 있다.Additional switches 60a, 60b, 60c, 60d provide Hall contacts with supply voltage (
Figure pct00005
can be arranged to connect to the ground, selectively). More specifically, the switches 56b, 56d, 60a, 60c may be controlled by a clock signal CLK, and the switches 56a, 56c, 60b, 60d may be complementary clock signals. Can be controlled by (CLK /). The clock signals CLK, CLK / are in two states or phases (i.e., as shown in FIG. 2A).
Figure pct00006
Status and
Figure pct00007
State).

동작에 있어서, 위상(

Figure pct00008
)에서, 전류는 단자(52a)에서부터 단자(52c)까지 흐르고, 스위치 홀 출력 신호(
Figure pct00009
)는
Figure pct00010
(단,
Figure pct00011
는 홀 요소 오프셋 전압 또는 홀 오프셋 컴포넌트이고,
Figure pct00012
는 자기장 신호 컴포넌트임)와 같다. 위상(
Figure pct00013
)에서, 전류는 단자(52b)부터 단자(52d)까지 흐르고, 스위치 홀 출력 신호(
Figure pct00014
)는
Figure pct00015
와 같다. 따라서, 변조 회로(54)는 홀 오프셋 컴포넌트(
Figure pct00016
)를 변조한다. 이 때, 도 2b에는 0이 아닌 자기장인 경우가 도시되어 있다. 자기장 신호 컴포넌트(
Figure pct00017
)는 도 2c에서 도시된 바와 같이, 실질적으로 불변 상태(invariant)로 남는다. In operation, the phase (
Figure pct00008
), Current flows from terminal 52a to terminal 52c, and the switch hole output signal (
Figure pct00009
)
Figure pct00010
(only,
Figure pct00011
Is a Hall element offset voltage or Hall offset component,
Figure pct00012
Is a magnetic field signal component). Phase(
Figure pct00013
), Current flows from terminal 52b to terminal 52d, and the switch hole output signal (
Figure pct00014
)
Figure pct00015
Same as Thus, the modulation circuit 54 is a hole offset component (
Figure pct00016
Modulate In this case, FIG. 2B illustrates a case where the magnetic field is not zero. Magnetic field signal component
Figure pct00017
) Remains substantially invariant, as shown in FIG. 2C.

도 3을 참조하면, 자기 신호 컴포넌트를 변조하는 유형의 대체 스위치 홀 요소(alternative switched Hall element)(70)가 홀 요소(72) 및 변조 회로(74)를 포함할 수 있고, 변조 회로(74)는 도 1a의 변조 회로(15)와 동일하거나 유사할 수 있다. 홀 요소(72)는 도 2의 홀 요소(52)와 동일할 수 있고, 4개의 접합들(72a, 72b, 72c, 72d)을 포함할 수 있다. 이 때, 4개의 접합들(72a, 72b, 72c, 72d) 각각은 각 스위치(76a, 76b, 76c, 76d)의 제 1 단자에 각각 연결될 수 있다. 스위치들(76a, 76b)의 제 2 단자들은 스위치 홀 출력 신호의 양의 노드(여기서,

Figure pct00018
+로 표시)를 제공할 수 있다. 스위치들(56c, 56d)의 제 2 단자들은 스위치 홀 출력 신호의 음의 노드(여기서,
Figure pct00019
-로 표시)를 제공할 수 있다. 따라서, 도 2 및 도 3의 비교는 위상(
Figure pct00020
)에서 홀 요소의 출력 접합들이 교환된다는(interchanged) 것을 보여주고 있다.Referring to FIG. 3, an alternate switched Hall element 70 of the type that modulates a magnetic signal component may include a hall element 72 and a modulation circuit 74, and a modulation circuit 74. May be the same as or similar to the modulation circuit 15 of FIG. 1A. Hall element 72 may be identical to hall element 52 of FIG. 2 and may include four junctions 72a, 72b, 72c, 72d. In this case, each of the four junctions 72a, 72b, 72c, and 72d may be connected to the first terminal of each switch 76a, 76b, 76c, or 76d, respectively. The second terminals of the switches 76a, 76b are positive nodes of the switch hall output signal, where
Figure pct00018
(Marked with +). The second terminals of the switches 56c and 56d are negative nodes of the switch hall output signal, where
Figure pct00019
(Indicated by-). Thus, the comparison of FIGS.
Figure pct00020
Shows that the output junctions of the Hall elements are interchanged.

추가적인 스위치들(80a, 80b, 80c, 80d)은 홀 접합들(72a, 72b, 72c, 72d)을 공급 전압(

Figure pct00021
, ground)에 선택적으로 연결하기 위하여 배치될 수 있다. 스위치들(76b, 76d, 80a, 80c)은 클럭 신호(CLK)에 의해 제어될 수 있고, 스위치들(76a, 76c, 80b, 80d)은 상보적인 클럭 신호(CLK/)에 의해 제어될 수 있다. 도시된 바와 같이, 클럭 신호들(CLK, CLK/)은 도 2의 신호들과 동일할 수 있고, 그에 따라 두 가지 상태들 또는 위상들(
Figure pct00022
,
Figure pct00023
)을 가질 수 있다.The additional switches 80a, 80b, 80c, 80d connect the hole junctions 72a, 72b, 72c, 72d to the supply voltage (
Figure pct00021
can be arranged to connect to the ground, selectively). The switches 76b, 76d, 80a, 80c may be controlled by the clock signal CLK, and the switches 76a, 76c, 80b, 80d may be controlled by the complementary clock signal CLK /. . As shown, the clock signals CLK, CLK / may be the same as the signals of FIG. 2, thus providing two states or phases (
Figure pct00022
,
Figure pct00023
)

동작에 있어서, 위상(

Figure pct00024
)에서, 전류는 단자(72a)에서부터 단자(72c)까지 흐르고, 스위치 홀 출력 신호(
Figure pct00025
)는
Figure pct00026
와 동일하다. 위상(
Figure pct00027
)에서, 전류는 단자(72b)에서부터 단자(72d)까지 흐르고, 스위치 홀 출력 신호(
Figure pct00028
)는
Figure pct00029
와 동일하다. 따라서, 변조 회로(74)는 자기 신호 컴포넌트를 변조하여 변조 자기 신호 컴포넌트(
Figure pct00030
)를 제공할 수 있다. 이 때, 도 3c에는 0이 아닌 자기장의 경우가 도시되어 있다. 오프셋 컴포넌트(
Figure pct00031
)는 도 3b에서 도시된 바와 같이 실질적으로 불변 상태로 남는다.In operation, the phase (
Figure pct00024
), Current flows from terminal 72a to terminal 72c, and the switch hole output signal (
Figure pct00025
)
Figure pct00026
. Phase(
Figure pct00027
), Current flows from terminal 72b to terminal 72d, and the switch hole output signal (
Figure pct00028
)
Figure pct00029
. Thus, the modulation circuit 74 modulates the magnetic signal component to modulate the magnetic signal component (
Figure pct00030
) Can be provided. In this case, the case of the non-zero magnetic field is shown in FIG. Offset component (
Figure pct00031
) Remains substantially unchanged as shown in FIG. 3B.

선호되는 실시예에서, 도 5의 상기 변조 회로(14)는 도 2 내지 도 2c와 함께 설명된 유형이고, 도 5a의 변조 회로(15)는 도 3 내지 도 3c와 함께 설명된 유형이라는 것이 도 5 내지 도 5a에 대한 아래의 설명으로부터 이해될 것이다. 다시 말하면, 선호되는 실시예에서, 도 5의 상기 증폭기 회로(16)는 변조 오프셋 컴포넌트 및 비변조(un-modulated) 자기장 신호 컴포넌트를 갖는 차동 신호(14a, 14b)를 수신할 수 있다. 반대로, 선호되는 실시예에서, 도 5a의 증폭기 회로(41)는 변조 자기장 신호 컴포넌트 및 비변조 오프셋 컴포넌트를 갖는 차동 신호(15a, 15b)를 수신할 수 있다.In a preferred embodiment, the modulation circuit 14 of FIG. 5 is of the type described in conjunction with FIGS. 2-2C, and the modulation circuit 15 of FIG. 5A is of the type described in conjunction with FIGS. 3-3C. It will be understood from the description below for 5 to 5a. In other words, in a preferred embodiment, the amplifier circuit 16 of FIG. 5 may receive differential signals 14a, 14b having a modulation offset component and an un-modulated magnetic field signal component. Conversely, in a preferred embodiment, the amplifier circuit 41 of FIG. 5A can receive differential signals 15a, 15b having a modulated magnetic field signal component and a non-modulated offset component.

도 4 내지 도 4c를 참조하면, 그래프들(100, 120, 140, 160)이 도 1의 지점들(A, B, C, D)에서 나타나는 신호들을 나타내고 있다. 이러한 그래프들(100, 120, 140, 160) 각각은 임의의 시간 단위인 수평축과 임의의 전압 단위인 수직축을 갖는다.4 through 4C, graphs 100, 120, 140, and 160 illustrate signals appearing at points A, B, C, and D of FIG. 1. Each of these graphs 100, 120, 140, 160 has a horizontal axis, which is a unit of time, and a vertical axis, which is a unit of voltage.

도 1a의 방식에서, 도 1a의 신호들(A', B', D')은 도 1과 도 4 내지 도4c의 신호들(A, B, D)과 유사할 수 있다. 도 1a의 자기장 센서(40)의 동작은 상기 언급된 미국 특허 제5,621,319호에서 설명되고 있으므로, 본 명세서에서는 그 이상 설명하지 않는다.In the manner of FIG. 1A, the signals A ′, B ′, D ′ of FIG. 1A may be similar to the signals A, B, D of FIGS. 1 and 4-4C. The operation of magnetic field sensor 40 of FIG.

그래프(100)는 4가지 신호들(102, 104, 106, 108)을 포함할 수 있고, 도 1에 도시된 바와 같이, 4가지 신호들(102, 104, 106, 108) 각각은 신호들(12a, 12b, 12c, 12d)을 각각(즉, 상기 신호(A))을 나타낸다. 또한, 4가지 신호들(102, 104, 106, 108) 각각은 도 2의 상기 스위치들(56a, 56b, 56c, 56d)에 의해 수신된 4개의 신호들을 나타낸다. 도 1의 클럭 신호(

Figure pct00032
)와 도 2의 신호(CLK)의 어떠한 반주기(half cycle)에서, 신호들(102, 108 또는 104, 106) 중에서 2개가 도 2의 신호들(
Figure pct00033
+,
Figure pct00034
-)로서 변조 회로의 출력에서 나타날 수 있다. 이 때, 도 2의 신호들(
Figure pct00035
+,
Figure pct00036
-)은 도 1의 차동 신호(14a, 14b)(즉, 도 1의 신호(B))일 수 있다. 도 2의 신호들(
Figure pct00037
+,
Figure pct00038
-) 사이의 차이와 도 1의 신호들(14a, 14b) 사이의 차이는 차동 신호들이다.The graph 100 may include four signals 102, 104, 106, 108, and as shown in FIG. 1, each of the four signals 102, 104, 106, 108 may represent signals ( 12a, 12b, 12c, and 12d, respectively (ie, the signal A). Also, each of the four signals 102, 104, 106, 108 represents four signals received by the switches 56a, 56b, 56c, 56d of FIG. 2. The clock signal of FIG.
Figure pct00032
) And at any half cycle of the signal CLK of FIG. 2, two of the signals 102, 108 or 104, 106 are the signals of FIG.
Figure pct00033
+,
Figure pct00034
May appear at the output of the modulation circuit. At this time, the signals of FIG.
Figure pct00035
+,
Figure pct00036
−) May be the differential signals 14a and 14b of FIG. 1 (ie, signal B of FIG. 1). Signals of FIG.
Figure pct00037
+,
Figure pct00038
The difference between-) and the difference between the signals 14a and 14b of FIG. 1 are differential signals.

위상(Ph 0)에서, 신호들(104, 106)은 양(110)만큼 다르다. 위상(Ph 90)에서, 신호들(108, 102)은 양(112)만큼 다르고, 신호들(104, 106)의 차이와는 극성이 반대이다. 도 4a의 신호(122)는 신호들의 상술한 차이를 나타내고, 도 2b 및 2c의 신호들(

Figure pct00039
,
Figure pct00040
)의 합(sum)을 나타내며, 도 1의 차동 신호(B)를 나타낸다. 신호(122)의 AC 부분은 신호(122)의 변조 오프셋 컴포넌트를 나타낸다. 라인(line)(124)은 신호(122)(즉, 변조되지 않는 자기장 신호 컴포넌트인 신호(122)의 자기장 신호 컴포넌트)의 DC 부분(또는 낮은 주파수 부분)을 나타낸다.In phase Ph 0, signals 104 and 106 differ by an amount 110. In phase Ph 90, signals 108 and 102 are different by amount 112 and are opposite in polarity to the difference between signals 104 and 106. The signal 122 of FIG. 4A represents the above-described difference of signals, and the signals of FIGS. 2B and 2C (
Figure pct00039
,
Figure pct00040
Sum is shown, and the differential signal B of FIG. The AC portion of the signal 122 represents the modulation offset component of the signal 122. Line 124 represents the DC portion (or low frequency portion) of signal 122 (ie, the magnetic field signal component of signal 122, which is an unmodulated magnetic field signal component).

신호(144)는 도 1의 차동 신호(28a, 28b)(즉, 도 1의 신호(C))를 나타낸다. 신호(144)는 도 1의 클럭 신호(32b)의 주파수에 의존하면서, 도 1의 로우 패스 필터(28)의 대역 제한 효과(band limiting effects)에 기인하는 둥근 에지(rounded edge)들을 가질 수 있다. 신호(144)는 도 1의 상기 증폭기 회로(16)에 의해 제공되는 증폭에 의하여 신호(122)보다 클 수 있다. 신호(144)는 도 4a의 오프셋 컴포넌트(124)를 나타내는 AC 부분을 가질 수 있고, 도 1의 증폭기 회로(16)(즉, 초퍼 안정화 증폭기)를 거쳐 생성되는 변조 오프셋 컴포넌트일 수 있다. 라인(142)은 신호(144)의 DC 부분을 나타낼 수 있고, 변조된 자기장 신호(122)(즉, 자기장 신호 컴포넌트)의 AC 부분의 복조 버전(demodulated version)일 수 있다.Signal 144 represents differential signals 28a, 28b of FIG. 1 (ie, signal C of FIG. 1). Signal 144 may have rounded edges due to the band limiting effects of low pass filter 28 of FIG. 1, depending on the frequency of clock signal 32b of FIG. 1. . Signal 144 may be greater than signal 122 by amplification provided by the amplifier circuit 16 of FIG. 1. Signal 144 may have an AC portion representing offset component 124 of FIG. 4A, and may be a modulation offset component generated via amplifier circuit 16 (ie, a chopper stabilized amplifier) of FIG. 1. Line 142 may represent a DC portion of signal 144 and may be a demodulated version of the AC portion of modulated magnetic field signal 122 (ie, the magnetic field signal component).

원하는 신호(자기장 신호 컴포넌트)는 신호(144)의 DC 부분(또는, 저 주파수 부분)이고(이 때, DC 부분은 라인(142)으로 나타나 있음), 원하지 않는 신호(오프셋 컴포넌트)는 신호(144)의 AC 부분임을 알아야 할 것이다. 또한, 도 1의 자기장 센서(10)가 정적인 자기장을 검출(experience)할 때, 라인(142)에 의해 나타내어지는 신호(144)의 DC 부분은 오직 DC 신호임을 이해하여야 할 것이다. 다시 말하면, 도 1의 자기장 센서(10)가 변화하는 자기장을 검출한다면, 라인(142)으로 나타내어지는 신호(144)의 DC 부분은 변화하는 (AC) 부분을 가질 것이다.The desired signal (magnetic field component) is the DC portion (or low frequency portion) of signal 144 (where the DC portion is represented by line 142) and the unwanted signal (offset component) is signal 144. You should know that this is the AC part of. Further, when the magnetic field sensor 10 of FIG. 1 detects a static magnetic field, it will be understood that the DC portion of the signal 144 represented by the line 142 is only a DC signal. In other words, if the magnetic field sensor 10 of FIG. 1 detects a changing magnetic field, the DC portion of the signal 144 represented by line 142 will have a varying (AC) portion.

곡선(164)은 도 1의 차동 신호(30a, 30b)(즉, 도 1의 신호(D))를 나타낸다. 곡선(164)은 곡선(144)의 필터링된 버전(filtered version)일 수 있다. 신호(164)를 얻기 위하여 신호(144)를 필터링하는 것은 신호(144)의 원하는 DC 부분(자기장 신호 컴포넌트)을 보다 근접하게 나타내는 신호를 남기면서 신호(144)의 많은 AC 부분을 제거할 수 있다. 이 때, 라인들(142, 162)은 신호(144)의 원하는 DC 부분을 나타낸다. 그러나, 상술한 바와 같이, 도 1의 자기장 센서(10)가 정적인 자기장을 검출할 때, 라인(162)에 의해 나타내어지는 신호(164)의 DC 부분은 오직 DC 신호이다.Curve 164 represents the differential signals 30a, 30b of FIG. 1 (ie, signal D of FIG. 1). Curve 164 may be a filtered version of curve 144. Filtering signal 144 to obtain signal 164 may eliminate much of the AC portion of signal 144 while leaving a signal closer to the desired DC portion (magnetic field signal component) of signal 144. . At this time, lines 142 and 162 represent the desired DC portion of signal 144. However, as described above, when the magnetic field sensor 10 of FIG. 1 detects a static magnetic field, the DC portion of the signal 164 represented by line 162 is only a DC signal.

도 4, 도 4a 및 도 4c의 신호들이 도 1a의 신호들(A', B', D')과 유사하다는 것을 이해하여야 할 것이다. 그러나, 도 1a과 관련하여, 도 4a의 신호(122)는 도 3b 및 도 3c의 신호들(

Figure pct00041
,
Figure pct00042
)의 합을 나타내고, 도 1a의 차동 신호(B')를 나타낸다. 신호(122)의 AC 부분은 신호(122)의 변조 자기장 신호 컴포넌트를 나타낸다. 라인(124)은 신호(122)의 DC 부분(또는 저 주파수 부분) 즉, 신호(122)의 오프셋 컴포넌트를 나타낸다. 그러므로, 도 4a를 참조하면, 도 1의 신호(B)와 다른 도 1a의 신호(B')를 위하여 자기장 신호는 변조될 수 있고, 오프셋 컴포넌트는 변조되지 않을 수 있다.It will be appreciated that the signals of FIGS. 4, 4A, and 4C are similar to the signals A ', B', D 'of FIG. 1A. However, in relation to FIG. 1A, the signal 122 of FIG. 4A is divided into the signals of FIGS. 3B and 3C (
Figure pct00041
,
Figure pct00042
) And the differential signal B 'of FIG. 1A. The AC portion of signal 122 represents the modulated magnetic field signal component of signal 122. Line 124 represents the DC portion (or low frequency portion) of signal 122, that is, the offset component of signal 122. Therefore, referring to FIG. 4A, the magnetic field signal may be modulated for the signal B ′ of FIG. 1A different from the signal B of FIG. 1, and the offset component may not be modulated.

도 5를 참조하면, 도 1의 요소들과 같은 요소들은 같은 참조 번호들로 지정되어 있다. 자기장 센서(200)는 도 1의 자기장 센서(10)와 유사할 수 있다. 그러나, 자기장 센서(200)는 VCO 제어 신호 생성기(VCO control signal generator)(220)에 의해 생성된 VCO 제어 신호(220a)를 수신하는 전압 제어 오실레이터(VCO)(218)를 포함할 수 있다. VCO(218)는 VCO 제어 신호(220a)에 응답하여 주파수가 변하는 VCO 출력 신호(218a)를 생성할 수 있다. 클럭 생성 회로(216)는 VCO 출력 신호(218)를 수신할 수 있고, 주파수가 변하는 클럭 신호들(216a, 216b, 216c)을 생성할 수 있다.5, elements such as those of FIG. 1 are designated by the same reference numerals. The magnetic field sensor 200 may be similar to the magnetic field sensor 10 of FIG. 1. However, the magnetic field sensor 200 may include a voltage controlled oscillator (VCO) 218 that receives the VCO control signal 220a generated by the VCO control signal generator 220. The VCO 218 may generate a VCO output signal 218a whose frequency changes in response to the VCO control signal 220a. The clock generation circuit 216 can receive the VCO output signal 218 and can generate clock signals 216a, 216b, 216c of varying frequency.

도 1의 클럭 생성 회로(32)와 유사하게, 클럭 생성 회로(216)는 변조 회로(14), 증폭기 회로(16) 및 필터 회로(26) 각각에 클럭 신호들(216a, 216b, 216c)을 제공할 수 있다. 그러므로, 선호되는 실시예에서, 변조 회로(14)의 스위칭 기능, 증폭기 회로(16)의 스위칭 기능 및 필터 회로(26)의 스위칭 기능은 동기될 수 있다.Similar to the clock generation circuit 32 of FIG. 1, the clock generation circuit 216 provides the clock signals 216a, 216b, and 216c to the modulation circuit 14, the amplifier circuit 16, and the filter circuit 26, respectively. Can provide. Therefore, in the preferred embodiment, the switching function of the modulation circuit 14, the switching function of the amplifier circuit 16 and the switching function of the filter circuit 26 can be synchronized.

도 1의 자기장 센서(10)처럼, 변조 회로(14)는 주파수(

Figure pct00043
)를 갖는 클럭 신호(216a)로 클럭될 수 있다. 제 1 및 제 2 스위칭 회로(20, 24)는 주파수(
Figure pct00044
Figure pct00045
)(단,
Figure pct00046
는 1/2의 정수 배)를 갖는 클럭 신호(216b)로 클럭될 수 있다. 이산 시간 선택 필터(30)는 주파수(
Figure pct00047
Figure pct00048
)를 갖는 클럭 신호(216c)로 클럭될 수 있다. 몇몇 방식들에서,
Figure pct00049
Figure pct00050
이고,
Figure pct00051
Figure pct00052
이다. 그러나, 도 1의 자기장 센서(10)와는 달리, 클럭 신호들(216a, 216b, 216c)은 비정적인(non-static)(즉, 변화하는) 주파수들을 가질 수 있다.Like the magnetic field sensor 10 of FIG. 1, the modulation circuit 14 has a frequency (
Figure pct00043
Clock signal 216a with The first and second switching circuits 20, 24 have a frequency (
Figure pct00044
Figure pct00045
)(only,
Figure pct00046
May be clocked into a clock signal 216b having an integer multiple of 1/2). Discrete time selection filter 30 has a frequency (
Figure pct00047
Figure pct00048
Clock signal 216c). In some ways,
Figure pct00049
Figure pct00050
ego,
Figure pct00051
Figure pct00052
to be. However, unlike the magnetic field sensor 10 of FIG. 1, the clock signals 216a, 216b, 216c may have non-static (ie, varying) frequencies.

특히, 클럭 신호(216a)는 제 1 최소 주파수와 제 1 최대 주파수 사이에서 변화하는 제 1 변동 변조 주파수를 갖는 제 1 변조 신호일 수 있다. 몇몇 실시예들에서, 제 1 변동 변조 주파수는 선형 스위프(linear sweep) 형태로 제 1 최소 주파수에서부터 제 1 최대 주파수까지 변화할 수 있다. 몇몇 다른 실시예들에서, 제 1 변동 변조 주파수는 비선형 스위프(non-linear sweep) 형태로 제 1 최소 주파수에서부터 제 1 최대 주파수까지 변화할 수 있다. 몇몇 다른 실시예들에서, 제 1 변동 변조 주파수는 복수의 이산 주파수 스텝들 형태로 제 1 최소 주파수에서부터 제 1 최대 주파수까지 변화할 수 있다. 몇몇 다른 실시예들에서, 제 1 변동 변조 주파수는 복수의 이산 주파수 스텝들 형태로 변화할 수 있다. 몇몇 실시예들에서, 이산 주파수 스텝들은 의사난수 노이즈 패턴(pseudorandom noise pattern) 형태의 스텝들일 수 있다.In particular, the clock signal 216a may be a first modulated signal having a first variable modulation frequency that varies between the first minimum frequency and the first maximum frequency. In some embodiments, the first variable modulation frequency may vary from the first minimum frequency to the first maximum frequency in the form of a linear sweep. In some other embodiments, the first variable modulation frequency may vary from the first minimum frequency to the first maximum frequency in the form of a non-linear sweep. In some other embodiments, the first variable modulation frequency may vary from the first minimum frequency to the first maximum frequency in the form of a plurality of discrete frequency steps. In some other embodiments, the first variable modulation frequency can vary in the form of a plurality of discrete frequency steps. In some embodiments, the discrete frequency steps may be steps in the form of a pseudorandom noise pattern.

유사하게, 클럭 신호(216b)는 제 2 최소 주파수와 제 2 최대 주파수 사이에서 변화하는 제 2 변동 변조 주파수를 갖는 제 2 변조 신호일 수 있다. 몇몇 실시예들에서, 제 2 변동 변조 주파수는 제 1 클럭 신호(216a)의 제 1 변동 변조 주파수와 동일하고 동기될 수 있다. 몇몇 다른 실시예들에서, 제 2 변동 변조 주파수는 제 1 클럭 신호(216a)의 제 1 변동 변조 주파수와 상이하나 동기될 수 있다.Similarly, clock signal 216b may be a second modulated signal having a second variable modulation frequency that varies between a second minimum frequency and a second maximum frequency. In some embodiments, the second variable modulation frequency may be the same and synchronized with the first variable modulation frequency of the first clock signal 216a. In some other embodiments, the second variable modulation frequency may be different but synchronized with the first variable modulation frequency of the first clock signal 216a.

유사하게, 클럭 신호(216c)는 제 1 클럭 신호(216a) 또는 제 2 클럭 신호(217b)의 제 1 변동 변조 주파수와 관련된 변동 샘플링 주파수를 가진 샘플링 신호일 수 있다. 이 때, 이산 시간 선택 필터(30)는 제 1 변동 변조 주파수와 관련된 변동 노치 주파수를 가질 수 있다. 몇몇 실시예들에서, 변동 샘플링 주파수는 제 1 클럭 신호의 제 1 변동 변조 주파수의 정수배(integer times)와 같을 수 있다. 몇몇 실시예들에서, 변동 샘플링 주파수는 제 1 변동 변조 주파수와 같을 수 있다. 몇몇 실시예들에서, 변동 샘플링 주파수는 제 1 변동 변조 주파수의 두 배와 같을 수 있다. 몇몇 실시예들에서, 변동 노치 주파수는 제 1 변동 변조 주파수와 같을 수 있다.Similarly, clock signal 216c may be a sampling signal having a variable sampling frequency associated with a first variable modulation frequency of first clock signal 216a or second clock signal 217b. At this time, the discrete time selection filter 30 may have a variation notch frequency associated with the first variation modulation frequency. In some embodiments, the variable sampling frequency can be equal to integer times of the first variable modulation frequency of the first clock signal. In some embodiments, the variable sampling frequency can be the same as the first variable modulation frequency. In some embodiments, the variable sampling frequency may be equal to twice the first variable modulation frequency. In some embodiments, the variable notch frequency can be the same as the first variable modulation frequency.

몇몇 실시예들에서, 안티-에일리어스 필터(28)(anti-aliasing filter)는 변동 샘플링 주파수와 관련된 최대 샘플링 주파수의 절반 이상의 주파수 컴포넌트들을 감소시키기 위해 선택된 코너 주파수를 가질 수 있다.In some embodiments, anti-aliasing filter 28 may have a corner frequency selected to reduce frequency components of at least half of the maximum sampling frequency associated with the variable sampling frequency.

차동 신호들(204a-204b, 215a-215b, 206a-206b, 207a-207b, 208a-208b, 210a-210b, 212a-212b, 214a-214b)은 도 1의 신호들(14a-14b, 36a-36b, 18a-18b, 20a-20b, 22a-22b, 24a-24b, 28a-28b, 30a-30b)에 일반적으로 상응하지만, 다른 클럭 신호들(216a, ..., 216c)의 사용으로 인하여 상이할 수 있다. 차동 신호(즉, 변조 회로(14)에 의하여 신호들(204a, ..., 204d) 중에서 쌍으로 적절히 선택된 차동 신호)는 도 1의 차동 신호(즉, 변조 회로(14)에 의하여 신호들(12a, ..., 12d) 중에서 쌍으로 적절히 선택된 차동 신호)와 동일하거나 유사할 수 있다.Differential signals 204a-204b, 215a-215b, 206a-206b, 207a-207b, 208a-208b, 210a-210b, 212a-212b, 214a-214b are signals 14a-14b, 36a-36b of FIG. , 18a-18b, 20a-20b, 22a-22b, 24a-24b, 28a-28b, 30a-30b, but will generally be different due to the use of other clock signals 216a, ..., 216c. Can be. The differential signal (i.e., the differential signal suitably selected in pairs among the signals 204a, ..., 204d by the modulation circuit 14) is represented by the differential signal (i.e., the modulation circuit 14) of FIG. 12a, ..., 12d) may be the same as or similar to the differential signal appropriately selected in pairs.

도 5a를 참조하면, 도 1a 및 도 5의 요소들과 같은 요소들은 같은 참조 번호들로 지정되어 있다. 자기장 센서(230)는 도 1a의 자기장 센서(40)와 유사하다. 그러나, 자기장 센서(230)는 VCO 제어 신호 생성기(220)에 의해 생성되는 VCO 제어 신호(220a)를 수신하는 전압 제어 오실레이터(VCO)(218)를 포함할 수 있다. VCO(218)는 VCO 제어 신호(220a)에 응답하여 주파수가 변하는 VCO 출력 신호(218a)를 생성할 수 있다. 클럭 생성 회로(217)는 VCO 출력 신호(218a)를 수신할 수 있고, 클럭 신호(217a)를 생성할 수 있다.5A, elements such as those of FIGS. 1A and 5 are designated by the same reference numerals. The magnetic field sensor 230 is similar to the magnetic field sensor 40 of FIG. 1A. However, the magnetic field sensor 230 may include a voltage controlled oscillator (VCO) 218 that receives the VCO control signal 220a generated by the VCO control signal generator 220. The VCO 218 may generate a VCO output signal 218a whose frequency changes in response to the VCO control signal 220a. The clock generation circuit 217 can receive the VCO output signal 218a and can generate the clock signal 217a.

도 1a의 클럭 생성 회로(49)와 유사하게, 클럭 생성 회로(217)는 변조 회로(15) 및 증폭기 회로(41)에 클럭 신호(217)를 제공할 수 있다. 그러므로, 선호되는 실시예들에서, 변조 회로(15)의 스위칭 기능은 증폭기 회로(41)의 스위칭 기능과 동기될 수 있다. 몇몇 실시예들에서, 필터 회로(48)는 클럭되지 않을 수 있다. 몇몇 실시예들에서, 필터 회로(48)는 이산 시간 선택 필터를 포함할 수 있다. 이산 시간 선택 필터는 도 5의 이산 시간 선택 필터(30)와 동일하거나 유사할 수 있으며, 이 경우에 다른 클럭 신호가 이산 시간 선택 필터를 클럭하기 위해 제공될 수 있다.Similar to the clock generation circuit 49 of FIG. 1A, the clock generation circuit 217 may provide a clock signal 217 to the modulation circuit 15 and the amplifier circuit 41. Therefore, in preferred embodiments, the switching function of the modulation circuit 15 can be synchronized with the switching function of the amplifier circuit 41. In some embodiments, filter circuit 48 may not be clocked. In some embodiments, filter circuit 48 may include a discrete time selection filter. The discrete time selection filter may be the same as or similar to the discrete time selection filter 30 of FIG. 5, in which case another clock signal may be provided to clock the discrete time selection filter.

도 5의 클럭 신호(216a)와 유사하게, 클럭 신호(217a)는 최소 주파수와 최대 주파수 사이에서 변화하는 변동 변조 주파수를 갖는 변조 신호일 수 있다. 몇몇 실시예들에서, 변동 변조 주파수는 선형 스위프 형태로 최소 주파수에서부터 최대 주파수까지 변화할 수 있다. 몇몇 실시예들에서, 변동 변조 주파수는 비선형 스위프 형태로 최소 주파수에서부터 최대 주파수까지 변화할 수 있다. 몇몇 다른 실시예들에서, 변동 변조 주파수는 복수의 이산 주파수 스텝들 형태로 최소 주파수에서부터 최대 주파수까지 변화할 수 있다. 몇몇 다른 실시예들에서, 변동 변조 주파수는 복수의 이산 주파수 스텝들 형태로 변화할 수 있다. 몇몇 실시예들에서, 이산 주파수 스텝들은 의사난수 노이즈 패턴 형태의 스텝들일 수 있다.Similar to clock signal 216a of FIG. 5, clock signal 217a may be a modulated signal having a variable modulation frequency that varies between the minimum and maximum frequencies. In some embodiments, the variable modulation frequency may vary from minimum frequency to maximum frequency in the form of a linear sweep. In some embodiments, the variable modulation frequency may vary from minimum frequency to maximum frequency in the form of a nonlinear sweep. In some other embodiments, the variable modulation frequency may vary from minimum frequency to maximum frequency in the form of a plurality of discrete frequency steps. In some other embodiments, the variable modulation frequency may vary in the form of a plurality of discrete frequency steps. In some embodiments, the discrete frequency steps may be steps in the form of a pseudo random noise pattern.

신호들(205a-205b, 232a-232b, 234a, 235a, 236, 238a-238b, 240a-240b)은 도 1a의 신호들(14a-14b, 42a-42b, 43a, 44a, 45a, 46a-46b, 47a-47b)에 일반적으로 상응하지만, 다른 클럭 신호(217a)의 사용으로 인하여 상이할 수 있다. 차동 신호(202b, 202c)는 도 1a의 차동 신호(12b, 12c)와 유사하거나 동일할 수 있다.Signals 205a-205b, 232a-232b, 234a, 235a, 236, 238a-238b, 240a-240b are signals 14a-14b, 42a-42b, 43a, 44a, 45a, 46a-46b, While generally corresponding to 47a-47b, it may be different due to the use of other clock signals 217a. The differential signals 202b and 202c may be similar or identical to the differential signals 12b and 12c of FIG. 1A.

도 6 내지 도 10은 도 5의 자기장 센서(200)의 동작 중에 발생하는 신호들의 예들을 나타낸다. 도 5a의 자기장 센서(230)의 동작 중에 발생하는 유사한 신호들로 이해될 것이나 명백하게 도시되지는 않았다.6 to 10 show examples of signals generated during operation of the magnetic field sensor 200 of FIG. 5. It will be understood that similar signals occurring during operation of the magnetic field sensor 230 of FIG. 5A are not explicitly shown.

도 6을 참조하면, 그래프(250)는 임의의 시간 단위인 수평축과 임의의 전압 단위인 수직축을 갖는다. 최소 전압(254)에서부터 최대 전압(256)까지 스위프하는 곡선(252)은 도 5의 VCO 제어 신호(220a)의 하나의 특정한 실시예를 나타내고, 클럭 신호들(216a, 216b, 216c)의 주파수의 선형 스위프에 상응한다.Referring to FIG. 6, the graph 250 has a horizontal axis that is an arbitrary time unit and a vertical axis that is an arbitrary voltage unit. Curve 252, sweeping from the minimum voltage 254 to the maximum voltage 256, represents one particular embodiment of the VCO control signal 220a of FIG. 5 and of the frequency of the clock signals 216a, 216b, 216c. Corresponds to a linear sweep.

곡선(252)이 시간의 위쪽 방향으로 선형-변화(ramp)하는 반면에, 다른 시간 구간 동안에는 곡선(252)이 아래쪽 방향으로 선형-변화할 수 있다. 이 때, 위쪽 방향 및 아래쪽 방향으로의 선형-변화는 주기적으로 반복될 수 있다.While curve 252 linearly-ramps in the upward direction of time, curve 252 may linearly-change in the downward direction during other time intervals. At this time, the linear-change in the up direction and the down direction can be repeated periodically.

도 6a를 참조하면, 그래프(260)는 임의의 주파수 단위인 수평축과 임의의 파워(power) 단위인 수직축을 갖는다. 그래프(260)는 주파수 영역을 나타낼 수 있다. VCO 제어 신호(220a)가 도 6에 도시된 바와 같이 주파수의 위쪽 방향 스위프인 경우에, 라인들(262a, ..., 262e)은 도 5의 클럭 신호(216a)에 대한 복수의 순간적인 스냅샷(instantaneous snapshot)들을 나타낸다. 그러나, 그것은 주파수의 아래쪽 방향 스위프로 아래쪽을 향하여(미도시) 선형-변화한다. 클럭 신호(216a)의 주파수를 나타내는 화살표(264a, 264b)가 최소 주파수인

Figure pct00053
Figure pct00054
사이에서 주파수가 위쪽으로 스위프한 후 아래쪽으로 스위프할 수 있다. 여기서, 주파수(
Figure pct00055
) 즉, 클럭 신호(216a)의 초핑 주파수(chopping frequency)(변조 주파수)가 스위프 범위(sweep range)의 중심인 중심 주파수(center frequency)일 수 있다. 다른 실시예들에서, 클럭 신호(216a)의 주파수는 주파수가 오직 위쪽 또는 아래쪽으로만 주기적으로 스위프한 후, 다른 극값(extreme value)으로 빠르게 리셋(reset)될 수 있다.Referring to FIG. 6A, the graph 260 has a horizontal axis that is an arbitrary frequency unit and a vertical axis that is an arbitrary power unit. Graph 260 may represent a frequency domain. In the case where the VCO control signal 220a is an upward sweep of the frequency as shown in FIG. 6, the lines 262a,..., 262e are a plurality of instantaneous snaps to the clock signal 216a of FIG. 5. Represents instantaneous snapshots. However, it linearly changes downward (not shown) with a downward sweep of frequency. Arrows 264a and 264b indicating the frequency of the clock signal 216a are the minimum frequencies.
Figure pct00053
Wow
Figure pct00054
The frequency can be swept upwards and then swept downwards. Where frequency (
Figure pct00055
That is, the chopping frequency (modulation frequency) of the clock signal 216a may be a center frequency that is the center of the sweep range. In other embodiments, the frequency of clock signal 216a may be quickly reset to another extreme value after the frequency periodically sweeps only up or down.

도 7을 참조하면, 그래프(300)는 임의의 주파수 단위인 수평축과 임의의 파워 단위인 수직축을 갖는다. 그래프(300)는 주파수 영역을 나타낼 수 있다. 클럭 신호(216a)가 도 6a에 도시된 바와 같이 주파수의 위쪽 방향 스위프인 경우, 라인들(302a, ..., 302c)은 도 5의 차동 신호(207a, 207b)의 자기장 신호 컴포넌트의 기본 주파수(fundamental frequency)에 대한 복수의 순간적인 스냅샷들을 나타낸다. 그러나, 그것은 주파수의 아래쪽 방향 스위프로 아래쪽을 향하여(미도시) 선형-변화한다. 라인들(302a, ..., 302c)의 유한한(finite) 폭은 DC에서 뿐만 아니라 상대적으로 낮은 주파수들에서도 신호 컨텐츠(signal content)를 갖는 자기장 신호 컴포넌트(즉, 도 5의 홀 요소(12)에 의해 검출된 자기장)를 나타낼 수 있다. 화살표(306a, 306b)는 차동 신호(207a, 207b)의 주파수가 주기적인 방식(periodic fashion)으로 주파수 상에서 위쪽으로 스위프한 후 아래쪽으로 스위프할 수 있음을 나타낸다.Referring to FIG. 7, the graph 300 has a horizontal axis that is an arbitrary frequency unit and a vertical axis that is an arbitrary power unit. The graph 300 may represent a frequency domain. When clock signal 216a is an upward sweep of frequency as shown in FIG. 6A, lines 302a, ..., 302c are the fundamental frequencies of the magnetic field signal components of differential signal 207a, 207b of FIG. Represents a plurality of instantaneous snapshots for (fundamental frequency). However, it linearly changes downward (not shown) with a downward sweep of frequency. The finite width of lines 302a, ..., 302c is such that the magnetic field signal component (i.e., Hall element 12 of FIG. 5) has signal content at DC as well as at relatively low frequencies. Magnetic field detected by Arrows 306a and 306b indicate that the frequencies of the differential signals 207a and 207b can sweep upwards on frequency in a periodic fashion and then sweep downwards.

라인들(304a, ..., 304c)은 도 5의 차동 신호(207a, 207b)의 자기장 신호 컴포넌트의 3차 고조파(third harmonic)에 대한 복수의 순간적인 스냅샷들을 나타낼 수 있다. 도 5의 변조 회로(14)(예를 들어, 도 2의 회로와 같은)는 도 5의 차동 신호 (202b, 202c)를 구형파(square wave)(클럭 신호(216a))로 곱(multiply)하는 회로로 이해될 것이다. 따라서, 라인들(302a, ..., 302c)에 의해 표현되는 스위핑 주파수의 3차 고조파(그리고, 다른 홀수 고조파들(odd harmonics))가 생성될 수 있다. 라인들(304a, ..., 304c)은 3차 고조파를 나타낼 수 있고, 다른 홀수 고조파들은 변조 회로(14)에 의해 생성될 수 있다.Lines 304a, ..., 304c may represent a plurality of instantaneous snapshots of the third harmonic of the magnetic field signal component of differential signal 207a, 207b of FIG. The modulation circuit 14 of FIG. 5 (such as the circuit of FIG. 2, for example) multiplies the differential signals 202b and 202c of FIG. 5 by a square wave (clock signal 216a). It will be understood as a circuit. Thus, third-order harmonics (and other odd harmonics) of the sweeping frequency represented by lines 302a, ..., 302c may be generated. Lines 304a,..., 304c may represent third harmonics, and other odd harmonics may be generated by modulation circuit 14.

몇몇 실시예들에서, 중심 주파수(

Figure pct00056
)는 대략 300Khz일 수 있다.In some embodiments, the center frequency (
Figure pct00056
) Can be about 300Khz.

라인들(304a, ..., 304c)이 라인들(302a, ..., 302c)에 적절한 상대적인 비율로 보이지는 않지만, 라인들(302a, ..., 302c)의 파워의

Figure pct00057
과 동일한 파워를 가질 수 있다.Although lines 304a, ..., 304c do not appear to be in proper relative proportions to lines 302a, ..., 302c, the power of lines 302a, ..., 302c does not appear.
Figure pct00057
It may have the same power as.

파선(dashed line)(307)(좁은 스펙트럼(narrow spectrum))은 증폭기 회로(16)의 출력에서의 차동 신호(210a, 210b)(도 5)의 자기장 신호 컴포넌트를 나타낼 수 있다. 즉, 스위핑 클럭 신호(216b)에 의해 클럭될 때, 증폭기 회로(16)의 동작에 의해(제 2 스위칭 회로(24)에 의해) 베이스밴드로 다시 복조된 이후, 파선(307)은 도 7의 스위핑 신호(302a, ..., 302c)(즉, 자기장 신호 컴포넌트를 나타내는 차동 신호(207a, 207b))를 나타낼 수 있다. 이러한 복조는 라인(협대역(narrowband)) 스펙트럼(307)을 낳는다. 파선(307)으로 나타내어지는 차동 신호(210a, 210b)는 DC에서 또는 DC 근처에서 나타나고, 본 실시예에서는 스위프하지 않는다.A dashed line 307 (narrow spectrum) may represent the magnetic field signal component of the differential signals 210a and 210b (FIG. 5) at the output of the amplifier circuit 16. That is, when clocked by the swept clock signal 216b, after being demodulated back to baseband by the operation of the amplifier circuit 16 (by the second switching circuit 24), the dashed line 307 is shown in FIG. Swept signals 302a, ..., 302c (ie, differential signals 207a, 207b representing magnetic field signal components). This demodulation results in a line (narrowband) spectrum 307. Differential signals 210a and 210b, represented by dashed lines 307, appear at or near DC and are not swept in this embodiment.

곡선(308)은 필터 회로(26)의 패스 밴드(pass band)를 나타낼 수 있다.Curve 308 may represent a pass band of filter circuit 26.

도 8을 참조하면, 도 7의 요소들과 같은 요소들은 같은 참조 번호들로 지정되어 있다. 그래프(320)는 임의의 주파수 단위인 수평축과 임의의 파워 단위인 수직축을 갖는다. 그래프(320)는 주파수 영역을 나타낼 수 있다. 클럭 신호(216a)가 도 6a에 도시된 바와 같이 주파수의 위쪽 방향 스위프인 경우에, 라인들(302a, ..., 302c)은 도 5의 차동 신호(207a, 207b)의 자기장 신호 컴포넌트의 기본 주파수에 대한 복수의 순간적인 스냅샷을 나타낼 수 있다. 그러나, 그것은 주파수의 아래쪽 방향 스위프로 아래쪽을 향하여(미도시) 선형-변화한다. 도 7의 3차 고조파들(304a, ..., 304c)은 도시되지 않았다.Referring to FIG. 8, elements such as those of FIG. 7 are designated by the same reference numerals. Graph 320 has a horizontal axis that is an arbitrary frequency unit and a vertical axis that is an arbitrary power unit. Graph 320 may represent a frequency domain. When clock signal 216a is an upward sweep of frequency as shown in FIG. 6A, lines 302a, ..., 302c are the basis of the magnetic field signal component of differential signal 207a, 207b of FIG. Represent a plurality of instantaneous snapshots of frequencies. However, it linearly changes downward (not shown) with a downward sweep of frequency. The third harmonics 304a, ..., 304c of FIG. 7 are not shown.

라인(주파수)(322)은 노이즈를 나타낸다. 이러한 노이즈는 라인(322)이 도 5의 홀 요소(12)에 의해 검출될 수 있는 예를 들어, 자기장 노이즈일 수 있다. 또는, 이러한 노이즈는 라인(322)이 스위칭 회로(24) 이전의 도 5의 홀 요소(12), 변조 회로(14) 또는 증폭 회로(16)에 연결될 수 있는 예를 들어, 전기적인 노이즈일 수 있다(주: 만약 스위칭 회로(24) 이후에 주입되면, 노이즈는 베이스밴드로 다시 변조되지 않음). 이러한 전형적인 노이즈 신호(322)는 주파수가 변동되지 않는다(stationary).Line (frequency) 322 represents noise. Such noise may be magnetic field noise, for example, where the line 322 can be detected by the hall element 12 of FIG. 5. Alternatively, such noise may be, for example, electrical noise such that line 322 may be connected to Hall element 12, modulation circuit 14, or amplifying circuit 16 of FIG. 5 before switching circuit 24. (Note: if injected after switching circuit 24, noise is not modulated back to baseband). This typical noise signal 322 is stationary in frequency.

몇몇 방식들에서, 중심 주파수(

Figure pct00058
)는 대략 300Khz일 수 있고, 노이즈(322)는 정적이거나 또는 대략 300Khz의 거의 정적인 주파수를 가질 수 있다. 그러나, 도 9b에 대한 아래의 설명으로부터, 도 5의 자기장 센서(200)(및 도 5a의 자기장 센서(230))는 중심 주파수(
Figure pct00059
)가 아닌 주파수들에서 노이즈 신호들 및 주파수가 변동되지 않는 노이즈 신호들을 위하여 이점(advantage)들을 제공할 수 있다. 그럼에도 불구하고, 도 8에 도시된 예에서는, 명확화를 위하여, 중심 주파수(
Figure pct00060
)와 동일한 주파수에서의 노이즈 신호(322)가 도시되어 있다.In some ways, the center frequency (
Figure pct00058
) May be approximately 300Khz and noise 322 may be static or have a nearly static frequency of approximately 300Khz. However, from the following description of FIG. 9B, the magnetic field sensor 200 (and magnetic field sensor 230 of FIG. 5A) of FIG.
Figure pct00059
Advantages may be provided for noise signals at frequencies other than) and for noise signals that do not vary in frequency. Nevertheless, in the example shown in FIG. 8, for clarity, the center frequency (
Figure pct00060
A noise signal 322 at the same frequency as is shown.

라인들(324)의 그룹은, 클럭 신호들(216a, ..., 216c)의 주파수가 도 6a를 따라 스위프하는 경우, 도 5의 증폭기 회로(16)의 동작에 의하여 복조될 때(즉, 도 5의 차동 신호(210a, 210b 또는 212a, 212b) 내)의 스펙트럼 라인(spectral line)(322)을 나타낸다. The group of lines 324 is demodulated by the operation of the amplifier circuit 16 of FIG. 5 (i.e., when the frequency of the clock signals 216a, ..., 216c is swept along FIG. 6A). A spectral line 322 of the differential signal 210a, 210b or 212a, 212b of FIG. 5 is shown.

노이즈(즉, 스펙트럼 라인(322))는 주파수가 스위프하는 클럭 신호(216b)로 복조될 때 주파수가 변동되지 않기 때문에, 라인들(324)의 그룹은 주파수가 스위프하는 베이스밴드 신호를 나타낼 수 있다. 만약, 변동 없는 클럭이 스위핑 클럭(216b) 대신에 증폭기 회로(16)에 의한 복조를 위하여 사용된다면(도 1과 같이), 복조된 노이즈 신호는 DC에서 또는 DC 근처에서 나타날 수 있고, 원하는 복조 신호(desired demodulated signal)(307)(자기장 신호 컴포넌트)와 결합할 수 있다. 이러한 결합은 원하는 복조 신호(307)의 정확도를 감소시킬 수 있다.Since noise (i.e., spectral line 322) does not vary in frequency when it is demodulated to clock signal 216b with sweeping frequency, a group of lines 324 may represent a baseband signal with sweeping frequency. . If the unchanged clock is used for demodulation by the amplifier circuit 16 instead of the swept clock 216b (as shown in FIG. 1), the demodulated noise signal may appear at or near DC, and the desired demodulation signal. (desired demodulated signal) 307 (magnetic field signal component). This combination can reduce the accuracy of the desired demodulated signal 307.

도 9 내지 도 9b는, (도 6 및 도 6a와 함께 상술된 바와 같이,) 클럭 신호(216a)가 최소 주파수와 최대 주파수 사이에서 위쪽과 아래쪽으로 선형적으로 변하는 주파수를 가질 때, 도 5의 자기장 센서(200)의 동작 중에 나타날 수 있는 전형적인 신호들을 보여주고 있다. 대조적으로, 도 10 내지 도 10b는, 클럭 신호(216a)가 복수의 이산 주파수 스텝들 형태로 최소 주파수와 최대 주파수 사이에서 위쪽과 아래쪽으로 변화하는 주파수를 가질 때, 도 5의 자기장 센서(200)의 동작 중에 나타날 수 있는 신호들을 보여주고 있다. 다른 실시예들도 도 5와 함께 상술되었지만, 다른 전형적인 신호들은 본 명세서에서는 명시적으로 도시되지 않는다.9-9B illustrate the frequency of FIG. 5 when the clock signal 216a has a frequency that varies linearly up and down between the minimum and maximum frequencies (as described above in conjunction with FIGS. 6 and 6A). Typical signals that may appear during operation of the magnetic field sensor 200 are shown. In contrast, FIGS. 10-10B show the magnetic field sensor 200 of FIG. 5 when the clock signal 216a has a frequency that changes up and down between a minimum frequency and a maximum frequency in the form of a plurality of discrete frequency steps. It shows the signals that can appear during the operation of. Although other embodiments have been described above in conjunction with FIG. 5, other typical signals are not explicitly shown herein.

도 9를 참조하면, 그래프(340)는 수 마이크로초(microseconds) 시간 단위인 수평축과 헤르츠(Hz) 주파수 단위인 수직축을 갖는다. 파형(waveform)(342)은 도 5의 클럭 신호(216a)의 주파수를 나타낼 수 있다. 그것은 위쪽으로 선형-변화한 후, 몇몇 실시예들에서, 아래쪽으로 선형-변화(미도시)할 수 있다. 따라서, 클럭들(216b, 216c)은 위쪽과 아래쪽으로 스위프할 수 있다.Referring to FIG. 9, the graph 340 has a horizontal axis of several microseconds time units and a vertical axis of hertz (Hz) frequency units. Waveform 342 may represent the frequency of clock signal 216a of FIG. 5. It may linearly change upwards and then, in some embodiments, linearly change downward (not shown). Thus, clocks 216b and 216c can sweep up and down.

도 9a를 참조하면, 그래프(360)는 수 마이크로초 시간 단위인 수평축과 수 밀리볼트(millivolts) 전압 단위인 수직축을 갖는다. 신호(362)는 도 5의 자기장 센서(200)에 노이즈(예를 들어, 주파수가 정적인 도 8의 노이즈(322))가 생길 때의 도 5의 차동 신호(212a, 212b)를 나타낼 수 있다. 따라서, 신호(362)는 도 8의 라인(324)의 그룹에 의해 나타내어지는 주파수가 스위프하는 신호를 나타낸다. 도 8과 함께 상술한 바와 같이, 신호(362)는 도 5의 증폭기 회로(16)(제 2 스위칭 회로(24))에 의해 복조되어 베이스밴드에 이르게 된 노이즈 신호(322)를 나타낸다. 그러나, 신호(362)는 스위핑 클럭 신호들(216a, ..., 216c)의 동작에 기인하여 주파수가 스위프한다.Referring to FIG. 9A, graph 360 has a horizontal axis that is a few microseconds time units and a vertical axis that is a few millivolts voltage units. The signal 362 may represent the differential signals 212a and 212b of FIG. 5 when the magnetic field sensor 200 of FIG. 5 generates noise (eg, the noise 322 of FIG. 8 where the frequency is static). . Thus, signal 362 represents a signal that sweeps the frequency represented by the group of lines 324 of FIG. As described above in conjunction with FIG. 8, signal 362 represents a noise signal 322 demodulated by the amplifier circuit 16 (second switching circuit 24) of FIG. 5 to the baseband. However, signal 362 is swept in frequency due to the operation of the swept clock signals 216a, ..., 216c.

신호(362)에서, 높은 주파수 컴포넌트는 더 낮은 주파수 사인 곡선(lower frequency sinusoid)을 타고 있는 것(riding upon)으로 보여질 수 있다. 높은 주파수 컴포넌트는 홀 요소에 의해 생성된 차동 신호의 오프셋 컴포넌트를 나타낼 수 있고, 주파수가 도 5의 변조 회로(14) 및 증폭기 회로(16)의 동작에 의하여 더 높은 주파수로 편이될 수 있다.In signal 362, the high frequency component may be viewed as riding upon a lower frequency sinusoid. The high frequency component may represent the offset component of the differential signal generated by the Hall element, and the frequency may be shifted to a higher frequency by the operation of the modulation circuit 14 and the amplifier circuit 16 of FIG.

도 9b를 참조하면, 그래프(380)는 수 마이크로초 시간 단위인 수평축과 수 밀리볼트 전압 단위인 수직축을 갖는다. 신호(382)는 도 5의 자기장 센서(200)에 노이즈(예를 들어, 주파수가 정적인 도 8의 노이즈(322))가 생길 때의 도 5의 차동 신호(214a, 214b)를 나타낼 수 있다. 신호(382)는 도 9a의 신호(362)와 유사하지만, 도 5의 이산 시간 선택 필터(30)를 통과한다. 도 9a의 신호(362)의 높은 주파수 컴포넌트는 도 5의 필터 회로(26)의 동작에 의하여 제거될 수 있다. 샘플 스텝(samples steps)은 신호(382)에서 보여질 수 있고, 이산 시간 선택 필터(30)의 이산적인 샘플링 결과일 수 있으며, 원하는 경우 추가적인 필터(미도시)에 의해 제거될 수 있다.Referring to FIG. 9B, the graph 380 has a horizontal axis of several microsecond time units and a vertical axis of several millivolt voltage units. The signal 382 may represent the differential signals 214a and 214b of FIG. 5 when the magnetic field sensor 200 of FIG. 5 generates noise (eg, the noise 322 of FIG. 8 where the frequency is static). . Signal 382 is similar to signal 362 of FIG. 9A, but passes through discrete time selection filter 30 of FIG. 5. The high frequency component of the signal 362 of FIG. 9A may be removed by operation of the filter circuit 26 of FIG. 5. Sample steps may be seen in signal 382, may be a discrete sampling result of discrete time selection filter 30, and may be removed by an additional filter (not shown) if desired.

신호들(362, 382)은 주파수가 스위프하는 신호로서 보여지는 노이즈를 포함하고, 원하는 신호(즉, 홀 요소(12)에 의해 생성된 차동 신호(202b, 202c)의 자기장 신호 컴포넌트)는 차동 신호(202b, 202c)의 자기장 신호 컴포넌트가 DC일 때, 신호들(362 및 382)의 DC 부분일 수 있다. 이러한 DC 부분은 0 볼트인 것으로 보이지만, 홀 요소(12)에 의해 검출된 자기장에 비례하는 다른 값일 수도 있다.Signals 362 and 382 contain noise seen as a frequency sweeping signal, and the desired signal (i.e., the magnetic field signal component of differential signals 202b and 202c generated by Hall element 12) is a differential signal. When the magnetic field signal component of 202b and 202c is DC, it may be the DC portion of signals 362 and 382. This DC portion appears to be zero volts, but may be another value that is proportional to the magnetic field detected by the hall element 12.

도 5의 클럭 신호들(216a, ..., 216c)이 도 1의 클럭 신호들(32a, ..., 32c)처럼 정적인 주파수를 가진다면, 도 8의 정적인 노이즈 신호(322)는 (도 5의 제 2 스위칭 회로(24)에 의해) 복조될 때, 도 8의 라인들(324)의 그룹에 따라 주파수가 스위프되지 않고, 하나의 주파수에 있을 것이다. 도 8의 정적인 노이즈 신호(322)는 DC에 또는 DC에 근접(느리게 변화)하고, 그에 따라 도 5의 신호(214a, 214b)의 자기장 신호 컴포넌트의 검출 결과를 부정확하게 만들 수 있다. 그러나, 스위핑 클럭 신호들(216a, ..., 216c)이 주파수가 스위프하는 노이즈 신호를 만들기 때문에, 노이즈 신호는 쉽게 식별될 수 있고, 후속 과정 또는 오직 원하는 자기장 신호 컴포넌트를 남기는 후속 필터링에 의하여 제거될 수 있다.If the clock signals 216a, ..., 216c of FIG. 5 have a static frequency like the clock signals 32a, ..., 32c of FIG. 1, the static noise signal 322 of FIG. When demodulated (by the second switching circuit 24 of FIG. 5), the frequency will not be swept according to the group of lines 324 of FIG. 8, but will be at one frequency. The static noise signal 322 of FIG. 8 may approach (slowly change) to or close to DC, thereby inaccurate detection results of the magnetic field signal components of the signals 214a and 214b of FIG. 5. However, since the swept clock signals 216a, ..., 216c produce a noise signal with frequency sweep, the noise signal can be easily identified and eliminated by subsequent processing or subsequent filtering leaving only the desired magnetic field signal component. Can be.

이러한 후속 과정 또는 후속 필터링은 도 5 및 도 5a에 도시된 프로세싱 모듈(processing module)(222)로 제공될 수 있고, 그것은 도 5 또는 도 5a의 차동 신호(214a, 214b 또는 240a, 240b)를 각각 수신할 수 있다. 몇몇 실시예들에서, 프로세싱 모듈(222)은 간단한 로우 패스 필터일 수 있다. 다른 실시예들에서, 프로세싱 모듈(222)은 다른 이산 시간 선택 필터를 포함할 수 있다. 몇몇 실시예들에서, 프로세싱 모듈(222)은 디지털 필터(digital filter)를 포함할 수 있다. 몇몇 실시예들에서, 프로세싱 모듈(222)은 차동 신호(214a, 214b 또는 240a, 240b)의 안정된 시간 영역(stable time region)을 선택하고, 자기장 신호 컴포넌트를 식별하기 위하여 차동 신호의 DC 값(또는, 천천히 변하는 값)을 계산하는 로직(logic)을 포함할 수 있다.This subsequent process or subsequent filtering may be provided to the processing module 222 shown in FIGS. 5 and 5A, which may be used to generate the differential signals 214a, 214b or 240a, 240b of FIG. 5 or 5A, respectively. Can be received. In some embodiments, processing module 222 may be a simple low pass filter. In other embodiments, processing module 222 may include another discrete time selection filter. In some embodiments, processing module 222 may include a digital filter. In some embodiments, the processing module 222 selects a stable time region of the differential signal 214a, 214b or 240a, 240b, and determines the DC value (or , Logic that calculates slowly changing values).

노이즈 신호와 자기장 신호 컴포넌트 사이의 구별(differentiation)은, 변하는 노이즈 신호가 자기장 신호 컴포넌트의 주파수에서(DC 포함) 존재하지 않는 한, 주파수가 상대적으로 느리게 변하는 차동 신호(즉, 변조 회로(14)에 의하여 신호들(202a, ..., 202d) 중에서 쌍으로 적절히 선택된 차동 신호)의 자기장 신호 컴포넌트를 위하여 정확하게(true) 남아 있을 수 있다. 또한, 노이즈 신호와 자기장 신호 컴포넌트 사이의 구별은, 노이즈 신호의 변하는 주파수가 자기장 신호 컴포넌트의 변하는 주파수의 주파수에서 존재하지 않는 한, 주파수가 상대적으로 변하는 차동 신호(즉, 신호들(202a, ..., 202d) 중에서 쌍으로 적절히 선택된 차동 신호)의 자기장 신호 컴포넌트를 위해 정확하게 남아 있을 수 있고, 노이즈 신호는 주파수가 변할 수 있다.The differentiation between the noise signal and the magnetic field signal component is dependent on the differential signal (i.e., the modulation circuit 14) whose frequency changes relatively slowly, unless a varying noise signal is present at the frequency of the magnetic field signal component (including DC). Thereby remaining true for the magnetic field signal component of the differential signal suitably selected from among the signals 202a, ..., 202d. In addition, the distinction between a noise signal and a magnetic field signal component may include a differential signal whose frequency changes relatively, i.e., unless the changing frequency of the noise signal is at the frequency of the changing frequency of the magnetic field signal component. , 202d) may remain precisely for the magnetic field signal component of the differential signal appropriately selected in pairs, and the noise signal may vary in frequency.

도 10을 참조하면, 그래프(400)는 수 마이크로초 시간 단위인 수평축과 헤르츠(Hz) 주파수 단위인 수직축을 갖는다. 파형(402)은 도 5의 클럭 신호(216a)의 주파수를 나타낼 수 있고, 파형(402)은 이산적인 스텝 업(discrete steps up) 형태를 취할 수 있으며, 이후, 몇몇 실시예들에서, 파형(402)은 이산적인 스텝 다운(discrete steps down) 형태를 취할 수 있다. 따라서, 클럭들(216b, 216c)은 이산적인 주파수 스텝들 형태로 스텝-업과 스텝-다운을 할 수 있다.Referring to FIG. 10, the graph 400 has a horizontal axis that is several microseconds time units and a vertical axis that is hertz (Hz) frequency units. Waveform 402 may represent the frequency of clock signal 216a of FIG. 5, and waveform 402 may take the form of discrete steps up, and in some embodiments, waveform ( 402 may take the form of discrete steps down. Thus, the clocks 216b and 216c can step up and step down in the form of discrete frequency steps.

도 10a를 참조하면, 그래프(420)는 수 마이크로초 시간 단위인 수평축과 수 밀리볼트 전압 단위인 수직축을 갖는다. 신호(422)는 도 5의 자기장 센서(200)에 노이즈(예를 들어, 주파수가 정적인 도 8의 노이즈 신호(322))가 생길 때의 도 5의 차동 신호(212a, 212b)를 나타낼 수 있다. 따라서, 신호(422)는 또한 주파수가 스텝하는(stepping) 신호를 나타낼 수 있고, 신호(422)는 도 8의 라인들(324)의 그룹에 의하여 나타내어질 수 있다. 도 8과 함께 상술한 바와 같이, 신호(422)는 도 5의 증폭기 회로(16)에 의해 복조되어 베이스밴드에 이르게 된 도 8의 노이즈 신호(322)를 나타내지만, 주파수 스텝핑 클럭 신호들(216a, ..., 216c)의 동작으로 인하여 주파수가 스텝한다.Referring to FIG. 10A, the graph 420 has a horizontal axis of several microseconds time unit and a vertical axis of several millivolts voltage unit. Signal 422 may represent differential signals 212a and 212b of FIG. 5 when noise is generated in magnetic field sensor 200 of FIG. 5 (eg, noise signal 322 of FIG. 8 in which frequency is static). have. Thus, signal 422 can also represent a signal stepping in frequency, and signal 422 can be represented by a group of lines 324 of FIG. 8. As described above in conjunction with FIG. 8, signal 422 represents the noise signal 322 of FIG. 8 demodulated by the amplifier circuit 16 of FIG. 5 to the baseband, but with frequency stepping clock signals 216a. The frequency steps due to the operation of ..., 216c).

신호(422)에서, 높은 주파수 컴포넌트는 더 낮은 주파수 스텝 신호(lower frequency stepped signal)를 타고 있는 것으로 보여질 수 있다. 상기 컴포넌트는 홀 요소(12)에 의해 생성된 차동 신호(202b, 202c)의 오프셋 컴포넌트를 나타낼 수 있고, 주파수가 도 5의 변조 회로(14) 및 증폭기 회로(16)의 동작에 의하여 더 높은 주파수로 편이될 수 있다.At signal 422, the high frequency component may be seen as riding a lower frequency stepped signal. The component may represent an offset component of the differential signals 202b and 202c generated by the hall element 12, the frequency being higher by the operation of the modulation circuit 14 and the amplifier circuit 16 of FIG. 5. Can be shifted to

도 10b를 참조하면, 그래프(440)는 수 마이크로초 시간 단위인 수평축과 수 밀리볼트 전압 단위인 수직축을 갖는다. 신호(442)는 도 5의 자기장 센서(200)에 노이즈(예를 들면, 주파수가 정적인 도 8의 노이즈(322))가 생길 때의 도 5의 차동 신호(214a, 214b)를 나타낼 수 있다. 신호(422)는 도 10a의 신호(422)와 유사할 수 있지만, 도 5의 이산 시간 선택 필터(30)를 통과할 수 있다. 도 10a의 신호(422)의 높은 주파수 컴포넌트는 도 5의 필터 회로(26)의 동작에 의하여 제거될 수 있다. 샘플 스텝들은 신호(422)에서 보여질 수 있고, 원하는 경우 추가적인 필터(미도시)에 의해 제거될 수 있다.Referring to FIG. 10B, the graph 440 has a horizontal axis of several microseconds time unit and a vertical axis of several millivolts voltage unit. The signal 442 may represent the differential signals 214a and 214b of FIG. 5 when the magnetic field sensor 200 of FIG. 5 generates noise (eg, the noise 322 of FIG. 8 where the frequency is static). . Signal 422 may be similar to signal 422 of FIG. 10A, but may pass through discrete time selection filter 30 of FIG. 5. The high frequency component of signal 422 of FIG. 10A may be removed by operation of filter circuit 26 of FIG. 5. Sample steps can be seen in signal 422 and can be removed by an additional filter (not shown) if desired.

노이즈 신호와 자기장 신호 컴포넌트 사이의 구별과 관련된 도 9b에 대한 설명은 도 10 내지 도 10b와 관련하여 실질적으로 동일하다. 그러므로, 상기 설명은 여기서 반복되지 않을 것이다.The description of FIG. 9B relating to the distinction between noise signal and magnetic field signal components is substantially the same with respect to FIGS. 10-10B. Therefore, the above description will not be repeated here.

상술한 바와 같이, 다른 클럭 신호들(216a, ..., 216c)은 다른 유형의 변조들을 제공할 수 있다. 그러나, 그것들은 오프셋 컴포넌트를 실질적으로 제거하는 동안에, 자기장 신호 컴포넌트를 노이즈 신호로부터 구별하는 데에 있어 동일한 능력을 갖는다.As discussed above, other clock signals 216a, ..., 216c may provide other types of modulations. However, they have the same ability to distinguish the magnetic field signal component from the noise signal while substantially removing the offset component.

여기에서 인용되는 모든 인용문헌들은 그 전체로서 참조로 여기에 병합된다.All citations cited herein are hereby incorporated by reference in their entirety.

이상, 본 특허의 내용에 해당하는 다양한 개념들, 구조들 및 기술들을 기술하기 위하여 선호되는 실시예들이 설명되었다. 그러나, 해당 기술 분야의 통상의 지식을 가진 자에게 상기 개념들, 구조들 및 기술들을 병합하는 다른 실시예들이 사용될 수 있다는 점은 자명할 것이다. 그러므로, 본 특허의 권리 범위는 개시되어 있는 실시예들로만 한정되는 것이 아니라, 첨부된 청구항들의 사상 및 범위에 의해서 한정되어야 한다는 것을 이해하여야 한다.In the above, preferred embodiments have been described in order to describe various concepts, structures and techniques corresponding to the contents of the present patent. However, it will be apparent to those skilled in the art that other embodiments incorporating the concepts, structures, and techniques may be used. Therefore, it should be understood that the scope of the present patent should not be limited to the disclosed embodiments, but should be limited by the spirit and scope of the appended claims.

Claims (25)

자기장에 응답하여 자기장 신호 컴포넌트 및 오프셋 신호 컴포넌트를 포함하는 홀 요소 출력 신호를 생성하는 홀 요소(Hall element); 및
상기 홀 요소 출력 신호를 수신하여 변조 회로 출력 신호를 생성하고, 제 1 최소 주파수와 제 1 최대 주파수 사이에서 변화하는 제 1 변동 변조 주파수를 갖는 제 1 변조 신호로 상기 자기장 신호 컴포넌트 또는 상기 오프셋 신호 컴포넌트를 변조하는 홀 요소 변조 회로를 포함하는 자기장 센서.
A Hall element for generating a Hall element output signal comprising a magnetic field signal component and an offset signal component in response to the magnetic field; And
Receiving the Hall element output signal to generate a modulated circuit output signal, the magnetic field signal component or the offset signal component being a first modulated signal having a first varying modulation frequency that varies between a first minimum frequency and a first maximum frequency Magnetic field sensor comprising a Hall element modulation circuit for modulating.
제 1 항에 있어서, 상기 제 1 변동 변조 주파수는 상기 제 1 최소 주파수에서 상기 제 1 최대 주파수까지 선형 스위프(linear sweep) 형태로 변화하는 것을 특징으로 하는 자기장 센서. 2. The magnetic field sensor of claim 1, wherein the first variable modulation frequency varies in the form of a linear sweep from the first minimum frequency to the first maximum frequency. 제 1 항에 있어서, 상기 제 1 변동 변조 주파수는 상기 제 1 최소 주파수에서 상기 제 1 최대 주파수까지 비선형 스위프 형태로 변화하는 것을 특징으로 하는 자기장 센서.2. The magnetic field sensor of claim 1, wherein the first variable modulation frequency varies in a nonlinear sweep form from the first minimum frequency to the first maximum frequency. 제 1 항에 있어서, 상기 제 1 변동 변조 주파수는 상기 제 1 최소 주파수에서 상기 제 1 최대 주파수까지 복수의 이산 주파수 스텝(discrete frequency step)들 형태로 변화하는 것을 특징으로 하는 자기장 센서.The magnetic field sensor of claim 1, wherein the first variable modulation frequency varies in the form of a plurality of discrete frequency steps from the first minimum frequency to the first maximum frequency. 제 1 항에 있어서, 상기 제 1 변동 변조 주파수는 복수의 이산 주파수 스텝들 형태로 변화하는 것을 특징으로 하는 자기장 센서. 2. The magnetic field sensor of claim 1, wherein the first variable modulation frequency varies in the form of a plurality of discrete frequency steps. 제 1 항에 있어서,
상기 변조 회로 출력 신호를 수신하여 증폭기 회로 출력 신호를 생성하는 증폭기 회로를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 자기장 센서.
The method of claim 1,
And an amplifier circuit for receiving the modulator circuit output signal and generating an amplifier circuit output signal.
제 6 항에 있어서, 상기 증폭기 회로는 상기 변조 회로 출력 신호를 나타내는 신호를 제 2 최소 주파수와 제 2 최대 주파수 사이에서 변화하는 제 2 변동 변조 주파수를 갖는 제 2 변조 신호로 변조하는 스위칭 회로를 포함하는 것을 특징으로 하는 자기장 센서.7. The circuit of claim 6, wherein the amplifier circuit comprises a switching circuit for modulating a signal representing the modulator circuit output signal into a second modulated signal having a second variable modulation frequency that varies between a second minimum frequency and a second maximum frequency. Magnetic field sensor, characterized in that. 제 7 항에 있어서, 상기 제 2 변동 변조 주파수는 상기 제 1 변동 변조 주파수와 같고, 상기 제 2 변동 변조 주파수는 상기 제 1 변동 변조 주파수에 동기되는(synchronous) 것을 특징으로 하는 자기장 센서.8. The magnetic field sensor of claim 7, wherein the second variable modulation frequency is equal to the first variable modulation frequency and the second variable modulation frequency is synchronous with the first variable modulation frequency. 제 7 항에 있어서, 상기 제 2 변동 변조 주파수는 상기 제 1 변동 변조 주파수와 다르고, 상기 제 2 변동 변조 주파수는 상기 제 1 변동 변조 주파수에 동기되는 것을 특징으로 하는 자기장 센서.8. The magnetic field sensor of claim 7, wherein the second variable modulation frequency is different from the first variable modulation frequency, and wherein the second variable modulation frequency is synchronized with the first variable modulation frequency. 제 6 항에 있어서, 상기 증폭기 회로는 제 2 최소 주파수와 제 2 최대 주파수 사이에서 변화하는 제 2 변동 변조 주파수를 갖는 제 2 변조 신호에 상응하는 비율로(at a rate) 상기 변조 회로 출력 신호를 나타내는 신호를 샘플링하는 샘플-홀드(sample and hold) 회로를 포함하는 것을 특징으로 하는 자기장 센서.7. The amplifier circuit of claim 6, wherein the amplifier circuit outputs the modulator circuit output signal at a rate corresponding to a second modulated signal having a second variable modulation frequency that varies between a second minimum frequency and a second maximum frequency. And a sample-hold circuit for sampling the representative signal. 제 10 항에 있어서, 상기 제 2 변동 변조 주파수는 상기 제 1 변동 변조 주파수와 같고, 상기 제 2 변동 변조 주파수는 상기 제 1 변동 변조 주파수에 동기되는 것을 특징으로 하는 자기장 센서.The magnetic field sensor of claim 10, wherein the second variable modulation frequency is equal to the first variable modulation frequency, and the second variable modulation frequency is synchronized with the first variable modulation frequency. 제 6 항에 있어서,
상기 증폭기 회로 출력 신호를 수신하여 자기장 센서 출력 신호를 생성하는 필터 회로를 더 포함하고,
상기 필터 회로는
안티-에일리어스(anti-alias)된 신호를 생성하는 안티-에일리어스 필터; 및
상기 안티-에일리어스 필터에 연결되고, 상기 제 1 변동 변조 주파수와 관련된 변동 샘플링 주파수를 갖는 샘플링 신호에 따라 상기 안티-에일리어스된 신호를 나타내는 신호를 샘플링하는 이산 시간 선택 필터(discrete time selective filter)를 포함하며,
상기 이산 시간 선택 필터는 상기 제 1 변동 변조 주파수와 관련된 변동 노치 주파수(changing notch frequency)를 갖는 것을 특징으로 하는 자기장 센서.
The method according to claim 6,
And a filter circuit for receiving the amplifier circuit output signal and generating a magnetic field sensor output signal.
The filter circuit
An anti-alias filter for producing an anti-aliased signal; And
A discrete time selective filter coupled to the anti-alias filter and sampling a signal representing the anti-aliased signal according to a sampling signal having a varying sampling frequency associated with the first varying modulation frequency filter),
And said discrete time selection filter has a changing notch frequency associated with said first varying modulation frequency.
제 12 항에 있어서, 상기 안티-에일리어스 필터는 상기 변동 샘플링 주파수와 관련된 최대 샘플링 주파수의 절반 이상의 주파수 컴포넌트들을 감소시키기 위해 선택된 코너(corner) 주파수를 갖는 것을 특징으로 하는 자기장 센서.13. The magnetic field sensor of claim 12, wherein the anti-alias filter has a corner frequency selected to reduce frequency components at least half of the maximum sampling frequency associated with the variable sampling frequency. 제 12 항에 있어서, 상기 변동 샘플링 주파수는 상기 제 1 변동 변조 주파수의 정수 배(integer times)와 같은 것을 특징으로 하는 자기장 센서.13. The magnetic field sensor of claim 12, wherein the variable sampling frequency is equal to integer times of the first variable modulation frequency. 제 12 항에 있어서, 상기 변동 샘플링 주파수는 상기 제 1 변동 변조 주파수와 같은 것을 특징으로 하는 자기장 센서.13. The magnetic field sensor of claim 12, wherein the variable sampling frequency is equal to the first variable modulation frequency. 제 12 항에 있어서, 상기 변동 샘플링 주파수는 상기 제 1 변동 변조 주파수의 두 배와 같은 것을 특징으로 하는 자기장 센서.13. The magnetic field sensor of claim 12, wherein the variable sampling frequency is equal to twice the first variable modulation frequency. 제 12 항에 있어서, 상기 변동 노치 주파수는 상기 제 1 변동 변조 주파수와 같은 것을 특징으로 하는 자기장 센서.13. The magnetic field sensor of claim 12 wherein the variable notch frequency is the same as the first variable modulation frequency. 제 12 항에 있어서,
상기 제 1 변동 변조 주파수와 관련된 변동 주파수를 갖는 전압 제어 오실레이터(voltage controlled oscillator) 출력 신호를 생성하는 전압 제어 오실레이터를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 자기장 센서.
13. The method of claim 12,
And a voltage controlled oscillator for generating a voltage controlled oscillator output signal having a varying frequency associated with said first varying modulation frequency.
제 18 항에 있어서,
상기 전압 제어 오실레이터 출력 신호를 수신하여 상기 제 1 변조 신호, 상기 제 2 변조 신호 또는 상기 샘플링 신호 중에서 적어도 하나 이상을 생성하는 클럭 생성(clock generation) 회로를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 자기장 센서.
The method of claim 18,
And a clock generation circuit configured to receive the voltage controlled oscillator output signal and to generate at least one of the first modulated signal, the second modulated signal, or the sampling signal.
제 18 항에 있어서,
출력 신호를 생성하여 상기 전압 제어 오실레이터 출력 신호의 상기 변동 주파수를 제어하는 신호 생성 회로를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 자기장 센서.
The method of claim 18,
And a signal generation circuit for generating an output signal to control the variable frequency of the voltage controlled oscillator output signal.
제 20 항에 있어서, 상기 신호 생성 회로의 상기 출력 신호는 최소 전압 값에서 최대 전압 값까지 선형-변화(ramp)하는 선형 전압 신호를 포함하는 것을 특징으로 하는 자기장 센서.21. The magnetic field sensor of claim 20, wherein the output signal of the signal generation circuit comprises a linear voltage signal that linearly-ramps from a minimum voltage value to a maximum voltage value. 제 20 항에 있어서, 상기 신호 생성 회로의 상기 출력 신호는 최소 전압 값에서 최대 전압 값까지 변화하는 비선형 전압 신호를 포함하는 것을 특징으로 하는 자기장 센서.21. The magnetic field sensor of claim 20, wherein the output signal of the signal generation circuit comprises a nonlinear voltage signal that varies from a minimum voltage value to a maximum voltage value. 제 20 항에 있어서, 상기 신호 생성 회로의 상기 출력 신호는 최소 전압 값에서 최대 전압 값까지 복수의 이산 전압 스텝들 형태로 변화하는 스텝 전압(stepped voltage) 신호를 포함하는 것을 특징으로 하는 자기장 센서.21. The magnetic field sensor of claim 20, wherein the output signal of the signal generation circuit comprises a stepped voltage signal varying in the form of a plurality of discrete voltage steps from a minimum voltage value to a maximum voltage value. 제 20 항에 있어서, 상기 신호 생성 회로의 상기 출력 신호는 복수의 이산 전압 스텝들 형태로 변화하는 스텝 전압 신호를 포함하는 것을 특징으로 하는 자기장 센서.21. The magnetic field sensor of claim 20, wherein the output signal of the signal generation circuit comprises a step voltage signal that varies in the form of a plurality of discrete voltage steps. 제 1 항에 있어서,
상기 제 1 변동 변조 주파수와 관련된 변동 주파수를 갖는 전압 제어 오실레이터 출력 신호를 생성하는 전압 제어 오실레이터를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 자기장 센서.
The method of claim 1,
And a voltage controlled oscillator for generating a voltage controlled oscillator output signal having a variation frequency associated with said first variation modulation frequency.
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